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2017 年度 実績報告書

乱れた磁力線領域を含む3次元MHD平衡計算へのプラズマ回転の導入とその実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 25420890
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

鈴木 康浩  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20397558)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワード3次元平衡 / プラズマ回転 / 非等方熱輸送 / 共鳴磁場摂動
研究実績の概要

本年度は平成28年度に引き続き、HINTコードにプラズマ回転を導入するための改良と乱れた磁力線領域での非等方熱輸送の考察を行った。
H28年度までに行った改良を元に、現実的な磁場配位でのトカマクプラズマについてトロイダル回転を含む3次元電磁流体力学(Magnetohydrodynamics: MHD)平衡解析を行った。圧力分布とトロイダル電流密度はパラボラを仮定し、D型断面を持つ非円形トカマクに共鳴磁場摂動(RMP)を重畳したケースを考察した。その結果、プラズマの形状の変形効果により、円形断面に比べて磁気島幅の変化が小さいが、自発的拡大・縮小が現れることを確認した。また、プラズマ回転の大きさと粘性のバランスにも注目し、プラズマ回転のトルクがある閾値を超えると、磁気島がポロイダル方向へ回転し、自発的縮小が合わられることが分かった。これは、理論予測と一致しており、現実に発生することが数値シミュレーションで確認された。
一方、もう一つの研究課題である乱れた磁力線領域での非等方熱輸送の考察のために、HINTコードの圧力緩和スキームの改良に引き続き取り組んだ。これまで、磁力線に平行方向と垂直方向の圧力勾配を有限差分法により求めていたが、磁力線に平行方向の圧力勾配の計算方法を磁力線追跡法に変更した。このことにより、磁力線に平行方向の圧力勾配の計算精度が向上した。また、非等方熱輸送方程式を陰的に解くための数値スキームの開発は、3次元で効率よく行列を解くことができず、陽的スキームに変更した。陽的スキームで実装した圧力緩和ルーチンにより乱れた磁力線領域での非等方熱輸送を考察した結果、乱れた磁力線領域中に存在するKAM面が熱輸送障壁として働き、乱れた磁力線でも有限の温度勾配を維持できることが分かった。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ウィスコンシン大学マディソン校/ジェネラルアトミクス社(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ウィスコンシン大学マディソン校/ジェネラルアトミクス社
  • [国際共同研究] ユーリッヒ中央研究機構(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ユーリッヒ中央研究機構
  • [国際共同研究] RFXコンソーシアム(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      RFXコンソーシアム
  • [雑誌論文] Reconstruction of flux coordinates from discretized magnetic field maps2018

    • 著者名/発表者名
      I. Predebon, B Momo, Y Suzuki and F Auriemma
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 ページ: 045003

    • DOI

      10.1088/1361-6587/aaaa49

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Plasma equilibrium and core confinement on LHD with different magnetic configuration2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, S. Sakakibara, K. Y. Watanabe, M. Kobayashi, S. Masuzaki, S. Dai, G. Kawamura, H. Tanaka, T. Morisaki and LHD experiment group
    • 学会等名
      643rd Wilhelm and Else Heraeus Seminar "Impact of 3D magnetic fields on hot plasmas"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impacts of plasma rotation on magnetic islands in 3D equilibrium of a D-shaped tokamak2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, C. Hegna, Y. Nakamura
    • 学会等名
      The 44th European Physical Society Conference on Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative estimation of beta-sequence effects on edge magnetic topology and its impact of divertor heat flux in LHD2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, S. Sakakibara, K. Y. Watanabe, S. Ohdachi, M. Kobayashi, S. Masuzaki, H. Tanaka, G. Kawamura, J. Morimoto, R. Seki, P. Drews, Y. Liang, T. Morisaki and LHD experiment group
    • 学会等名
      21st International Stellarator-Heliotron Workshop
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-06-07  

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