| 研究課題/領域番号 |
24760703
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
糟谷 直宏 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (20390635)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| 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 |
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| 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３次元実磁場磁場配位下での不安定性の様相、および３次元簡略磁場配位下での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。前者に関しては、これまでに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シミュレーションを行った。初期条件に平衡コードにより得られた平衡磁場配位(中心ベータ値 7%)を用いて、圧力駆動型バルーニング不安定性の非線形飽和過程におけるモード構造の数値診断を行った。非線形結合により小波数モード成分が励起される。熱拡散係数への依存性を調べ、線形成長段階における不安定モードと、非線形段階における圧力緩和に至る過程での非線形励起の違いを明らかにした。後者に関しては、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圧力分布応答のシミュレーションを行った。揺動が駆動・減衰される過程における以下のような特徴を明らかにした。平均成分は軸シフトを伴う振動を有する。巨視的モードは非線形エネルギー移送効果の強さの違いから半径位置により励起機構や駆動熱流束の大きさが異なる。微視的モードは準線形的駆動の様相が強く、圧力勾配の変化がモード強度の変化より先行する。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。
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| 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。本年度は複数種の乱流シミュレーションによって対象となるプラズマ乱流場を生成し、非線形飽和機構の解明を進めることができた。注目をしている３次元平衡磁場配位下での不安定性の様相についても成果を得ることができた。さらに、別の３次元平衡磁場配位を取り込んだシミュレーションデータの解析から、微視的乱流の実験観測での見え方の数値診断という当初の計画を拡張した研究を開始することができた。研究の４年目も順調に進展したといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度はこれまで４年間に乱流輸送現象について多様な面から取り組んだ研究成果の取りまとめを行う。特に３次元平衡磁場配位を取り込んだジャイロ運動論シミュレーションデータの数値診断結果を対象とする。昨年度より、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の適用範囲を拡大して、別の３次元磁場配位中でのシミュレーションから得た乱流ダイナミクスを解析している。この解析によりトーラスプラズマでの乱流輸送に寄与する微視的乱流の実験観測での見え方を定量的に示すことができる。これは研究の進展に伴い当初の計画を拡張して得られた成果であり、研究期間を１年間延長して、その成果の取りまとめを行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究では3次元磁場配位中の乱流構造を明らかにするため、シミュレーションモデルの検討と3次元磁場配位の下での乱流シミュレーションを行っており、研究は計画通りに進行した。さらに追加して、別3次元乱流コードデータの数値解析から、本研究目的である乱流特性理解を進めている。当初の計画以上のこの研究成果を発表するために、本年度予定していた成果報告を延期し、次年度に取りまとめを引き続き行うこととした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究成果の報告のための論文掲載料もしくは学会発表旅費として使用する。
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