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2014 年度 実施状況報告書

3次元磁場配位を考慮した乱流構造形成機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 24760703
研究機関九州大学

研究代表者

糟谷 直宏  九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (20390635)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2017-03-31
キーワードプラズマ・核融合 / 磁場閉じ込め / 乱流 / トーラス / 数値診断
研究実績の概要

本研究はトロイダル磁場閉じ込めプラズマにおける乱流構造形成機構とその輸送への寄与の定量的理解を目的とする。乱流輸送過程の理解のためにはプラズマ中に存在する巨視的モード、メゾスケール構造、微視的乱流のダイナミクスを同時に同定することが重要で、プラズマ乱流の大域的シミュレーションから機構解明を行う。特に本研究ではヘリカルプラズマという3次元的に磁場が分布する系で、微視的乱流が自己無撞着に形成する乱流構造の様相を探る。そのためにモデルの発展、3次元平衡磁場配位の効果、輸送現象の物理的理解というそれぞれの項目について研究を推進した。モデルの発展に関しては、有限軌道幅効果を取り込んだジャイロ流体モデルの理解を進めた。円筒形プラズマにおけるイオン温度勾配不安定性モードを対象として、実験パラメータを用いた線形成長率の評価を行った。そして複数のモデル間の比較を行った。3次元平衡磁場配位の効果に関しては、昨年度導入したヘリカル系の平衡磁場配位を取り入れ可能なMHDコードを用いて高ベータプラズマにおける非線形飽和を得た。そしてそのダイナミクスを視覚化するための環境整備を行った。輸送現象の物理的理解に関しては、昨年度に引き続きヘリカルプラズマにおけるドリフト交換型モード乱流コードを用いて、プラズマ中心部のソースに周期的変化を加えて圧力分布の応答をみるシミュレーションを行った。加熱ソース変化の繰り返しを重ね合わせることで乱雑成分を除去し、特徴的な変化が抽出できる。その輸送の伝播にはモード間の非線形結合によるエネルギー再分配と半径方向に分布したモードの逐次的応答が重要な役割を果たしていることがわかった。そして圧力勾配の応答が熱流束の応答より先行するので、熱流束と圧力勾配の関係にヒステリシスが現れる。このように本研究ではプラズマ中に存在する乱流輸送現象について多様な面から確実に研究を進展させている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的は、数値シミュレーションを通じて、プラズマ中に存在する巨視的モード、メゾスケール構造、微視的乱流のダイナミクスを同時に同定することで、乱流輸送過程の理解を進展することにある。本年度は流体モデルを用いて、半径方向に分布するモード間の非線形結合機構を解析することで、乱流を通じた輸送現象の物理機構を解明することができた。さらに対象とする高温プラズマにおいて重要となる、有限軌道幅効果を取り込んだモデル、3次元平衡磁場配位の効果についてもそれぞれ成果を得ることができた。よって、研究の3年目も順調に進展したといえる。

今後の研究の推進方策

本年度は既存のコードを用いて、プラズマ乱流の動的応答について物理的理解を得ることができた。その理解をさらに深めるために、シミュレーション条件を変化させることで飽和状態の依存性を調べる。また、そこで現れる乱流構造の形成機構について詳細な解析を行う。これらにより、モード間エネルギー移送を通じた輸送伝達について物理機構をまとめる。さらに、3次元磁場配位を導入したシミュレーションから得た乱流ダイナミクスに対して、これまで我々が開発してきた乱流計測シミュレータによる数値診断を適用する。得られた乱流場データを乱流計測シミュレータに取り入れ、実験計測を模擬した数値診断を行う。そして、形成される乱流構造が実験計測でいかに観測されるか提示し、形成機構の理解を図る。

次年度使用額が生じた理由

本年度支出を予定していた海外出張旅費は、別経費より支出可能となったので、当研究費から支出する必要がなくなった。また論文掲載料請求も次年度となった。これらの理由により表記の次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

本年度掲載および掲載決定となった論文掲載料として使用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Simulation study of hysteresis in the gradient-flux relation in toroidal plasma turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      N. Kasuya, S. Sugita, S. Inagaki, K. Itoh, M. Yagi, and S.-I. Itoh
    • 雑誌名

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      巻: 57 ページ: 044010-1-8

    • DOI

      10.1088/0741-3335/57/4/044010

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of Ion-Temperature-Gradient Instabilities Using a Gyro - Fluid Model in Cylindrical Plasmas2015

    • 著者名/発表者名
      G. Hattori, N. Kasuya, and M. Yagi
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 10 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On violation of local closure of transport relation in high-temperature magnetized plasmas2014

    • 著者名/発表者名
      N. Kasuya, S. Sugita, S. Inagaki, K. Itoh, M. Yagi, and S.-I. Itoh
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 21 ページ: 110701-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4902102

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Study of non-linear coupling of fluctuations at long distance in LHD2014

    • 著者名/発表者名
      S. Inagaki, T. Tokuzawa, T. Kobayashi, S.-I. Itoh, K. Itoh, K. Ida, A. Fujisawa, S. Kubo, T. Shimozuma, N. Tamura, N. Kasuya, H. Tsuchiya, Y. Nagayama and the LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 54 ページ: 1140414-1-6

    • DOI

      10.1088/0029-5515/54/11/114014

    • 査読あり
  • [学会発表] 直線装置におけるジャイロ流体モデルを用いたイオン温度勾配不安定性解析2015

    • 著者名/発表者名
      服部元隆, 糟谷直宏, 矢木雅敏
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都新宿区
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 乱流輸送のヒステリシス応答に関するシミュレーション研究2015

    • 著者名/発表者名
      糟谷直宏,佐々木真,稲垣滋,伊藤公孝, 矢木雅敏,伊藤早苗
    • 学会等名
      第4回IFERC-CSC研究会
    • 発表場所
      東京都港区
    • 年月日
      2015-02-19 – 2015-02-20
  • [学会発表] ソース変調に対するヒステリシス応答に関するシミュレーション研究2014

    • 著者名/発表者名
      糟谷直宏,佐々木真,稲垣滋,伊藤公孝, 矢木雅敏,伊藤早苗
    • 学会等名
      第12回統合コード研究会
    • 発表場所
      福岡県春日市
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-12
  • [学会発表] Analysis of Ion-Temperature-Gradient Instabilities by Using a Gyro-Fluid Model in Cylindrical Plasmas2014

    • 著者名/発表者名
      服部元隆, 糟谷直宏, 矢木雅敏
    • 学会等名
      第12回統合コード研究会
    • 発表場所
      福岡県春日市
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-12
  • [学会発表] Non-equilibrium and extreme state -Development and application of numerical diagnostic tools for plasma turbulence-2014

    • 著者名/発表者名
      N. Kasuya, K. Kawadu, H. Sento, S. Inagaki, A. Fukuyama, K. Itoh, S.-I. Itoh
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      新潟県新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] Finite Larmor Radius Effect on Ion-Temperature-Gradient Instabilities in Cylindrical Plasmas2014

    • 著者名/発表者名
      G. Hattori, N. Kasuya, M. Yagi
    • 学会等名
      International Toki Conference 24
    • 発表場所
      岐阜県土岐市
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-11-07
  • [学会発表] Numerical Diagnostics of Non-Diffusive Transport Process by Use of Turbulence Diagnostic Simulator2014

    • 著者名/発表者名
      Naohiro Kasuya, Makoto Sasaki, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh
    • 学会等名
      25th IAEA Fusion Energy Conference
    • 発表場所
      St. Petersburg, Russia
    • 年月日
      2014-10-13 – 2014-10-17
  • [学会発表] Simulation Study of Hysteresis in the Flux-Gradient Relation in Turbulent Transport,2014

    • 著者名/発表者名
      Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh
    • 学会等名
      17th International Congress on Plasma Physics
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] ソース変調を加えた乱流シミュレーションによる動的な 乱流応答過程の同定2014

    • 著者名/発表者名
      糟谷 直宏, 杉田暁, 稲垣 滋, 伊藤公孝, 矢木雅敏, 伊藤 早苗
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2014
    • 発表場所
      岐阜県土岐市
    • 年月日
      2014-09-10 – 2014-09-12
  • [学会発表] 円筒プラズマにおけるイオン温度勾配不安定性に対する有限ラーマ半径効果2014

    • 著者名/発表者名
      服部元隆, 糟谷直宏, 矢木雅敏
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2014
    • 発表場所
      岐阜県土岐市
    • 年月日
      2014-09-10 – 2014-09-12
  • [学会発表] Hysteresis and Nonlinearly Excited Mode Structures in Turbulence Simulation of a Toroidal Plasma2014

    • 著者名/発表者名
      Naohiro Kasuya, Makoto Sasaki, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh
    • 学会等名
      4th APTWG International Workshop
    • 発表場所
      福岡県春日市
    • 年月日
      2014-06-10 – 2014-06-13

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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