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2014 年度 実施状況報告書

位相空間における構造形成の積極的選択によるプラズマ非局所輸送の制御手法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 26400531
研究機関京都大学

研究代表者

李 継全  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (00437253)

研究分担者 岸本 泰明  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10344441)
今寺 賢志  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90607839)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード位相空間構造 / 乱流拡散 / ITGモード / 磁気島 / プラズマシミュレーション
研究実績の概要

本研究では、核融合プラズマにおいて乱流輸送及び位相空間における構造形成に関するダイナミックスに対して重要な役割がある以下の2つの物理過程について解析を行った。
1 核融合プラズマにおける乱流拡散に対する帯状流の役割
簡約化スラブ配位におけるジャイロ運動論的ブラゾフコードを用いて、急峻なイオン温度勾配(ITG)乱流シミュレーションを行い、乱流拡散に対する線形ITGモードの幅、及び乱流から二次的に生成される帯状流の役割について解析した。その結果、乱流拡散は磁気シアが弱いプラズマにおいて幅広いモード構造が形成されることでより強くなること、帯状流はその振幅が大きい場合に限り乱流拡散の低減に寄与することを見出した。さらに、急峻なITGが相対的に大きい乱流拡散を引き起こすことを明らかとした。その要因としては、臨界安定なITG乱流と帯状流の非線形相互作用及び位相空間プラズマ乱流と構造形成が寄与しているものと考えられる。
2 磁気島と乱流間の多階層線形相互作用の解析
トカマクプラズマでは、外部共鳴摂動磁場(RMP)印加やMHD不安定性の結果、磁気島が形成される一方、密度及び温度勾配を不安定性の駆動源として乱流構造が形成される。そこで本研究では、長谷川―若谷乱流モデルを用いて、二次元磁気島が印加された周辺プラズマにおいて抵抗ドリフト波不安定性の解析を行い、磁気島と乱流の相互作用を解析した。その結果、磁気島が抵抗ドリフト波の不安定性に影響を与え、磁気島が抵抗ドリフト波構造を局在化することを新たに見出した。その要因としては、磁気島中の密度分布の平坦化が大きく寄与しているものと考えられる。また、ジャイロ運動論的コードを用いて、三次元磁気島を印加されたコアプラズマにおけるトロイダルITG不安定性の解析も本研究期間に開始し、三次元磁気島とトロイダルITGモードの間の相互作用及び磁気島に対して相空間構造形成に関する物理メカニズムを調べている。

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

本年度は、スラブ配位における位相空間乱流とその構造形成に関する理論及び数値解析を行ったのち、研究計画にあるそれぞれのテーマに対して、(1-1)はスラブ配位における乱流拡散に対する帯状流の役割を、(1-2)は簡約化流体モデルで周辺プラズマにおける抵抗ドリフト波不安定性に対して磁気島の役割を明らかにすることに成功した。テーマ(1-3)に対して非局所輸送現象に関する実験観測データの収集を行った。これは、概ね当初の研究計画に沿ったものと考えられる。

今後の研究の推進方策

テーマ「高精度トロイダルコードの開発」はテーマ「スラブ配位における位相空間乱流とその構造形成に関する理論解析と数値解析」と並行して、ジャイロ運動論コードをトロイダル配位、運動論的電子ダイナミックスと非線形シミュレーション等に拡張を行う予定であり、本年度行った簡約化スラブ配位における流体、およびジャイロ運動論コードとの逐次比較を行うことでその妥当性を十分に検証し、着実に研究を推進する予定である。

次年度使用額が生じた理由

位相空間における構造形成の積極的選択によるプラズマ非局所輸送の制御手法の開拓に関する研究における旅費として確保した

次年度使用額の使用計画

位相空間における構造形成の積極的選択によるプラズマ非局所輸送の制御手法の開拓に関する研究に使用

  • 研究成果

    (17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 4件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spatial localization of resistive drift wave structure in tokamak edge plasmas with an embedded magnetic island2014

    • 著者名/発表者名
      Shilin Hu, Jiquan Li, Hongpeng Qu and Y. Kishimoto
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: 21 ページ: 102508

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4897942

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nonlinear mutual destabilization of tearing mode and ion temperature gradient mode2014

    • 著者名/発表者名
      Z. Q. Hu, Z. X. Wang, L. Wei, J. Q. Li, and Y. Kishimoto
    • 雑誌名

      Nucl. Fusion

      巻: 54 ページ: 123018

    • DOI

      doi:10.1088/0029-5515/54/12/123018

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Zonal flow dynamics in the double tearing mode with antisymmetric shear flows2014

    • 著者名/発表者名
      Aohua Mao, Jiquan Li, Jinyuan Liu and Y. Kishimoto
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: 21 ページ: 052304

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4875729

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] n the abrupt growth dynamics of nonlinear resistive tearing mode and the viscosity effects2014

    • 著者名/発表者名
      A. Ali, Jiquan Li, Y. Kishimoto
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: 21 ページ: 052312

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4881464

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Gyrokinetic simulation on the role of 3D magnetic island in toroidal ITG modes (I)2015

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Li, K. Imadera and Y. Kishimoto
    • 学会等名
      第70回年次大会(2015年)
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Non-local profile relaxation and barrier formation in toroidal flux-driven turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      Kenji Imadera, Yasuaki Kishimoto, Kevin Obrejan, Takuya Kobiki and Jiquan Li
    • 学会等名
      The 7th IAEA Technical Meeting on “Theory of Plasma Instabilities”
    • 発表場所
      Frascati, Italy
    • 年月日
      2015-03-04 – 2015-03-06
    • 招待講演
  • [学会発表] 熱源駆動型乱流に対するトロイダル回転の影響2015

    • 著者名/発表者名
      今寺賢志,岸本泰明,故引拓也,Kevin Obrejan,李継全
    • 学会等名
      第4回 IFERC-CSC研究会
    • 発表場所
      航空会館, 東京都板橋区
    • 年月日
      2015-02-19 – 2015-02-20
  • [学会発表] Non-local structure and transprt in toroidal flux-driven ITG turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      Kenji Imadera, Yasuaki Kishimoto, Kevin Obrejan Takuya Kobiki and Jiquan Li
    • 学会等名
      20th NEXT Workshop
    • 発表場所
      京都テルサ(京都市)
    • 年月日
      2015-01-13 – 2015-01-14
  • [学会発表] Gyrokinetic simulation on the effect of magnetic island on the ITG instability in tokamak plasmas2015

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Li, Kenji Imadera and Yasuaki Kishimoto
    • 学会等名
      20th NEXT Workshop
    • 発表場所
      京都テルサ(京都市)
    • 年月日
      2015-01-13 – 2015-01-14
  • [学会発表] プラズマ乱流の非局性と動的分布拘束性の起源-運動論モデルによる大域シミュレーションの展開-2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Kishimoto, Kenji Imadera and Jiquan Li
    • 学会等名
      20th NEXT Workshop
    • 発表場所
      京都テルサ(京都市)
    • 年月日
      2015-01-13 – 2015-01-14
  • [学会発表] Generation mechanism of oscillatory zonal flows in MHD fluctuations and its implication in understanding turbulent transport2014

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Li, A. Mao, Y. Kishimoto
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] 熱源変調に伴う乱流輸送の動的応答に関するジャイロ運動論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      今寺賢志,岸本泰明,故引拓也,Kevin Obrejan,李継全
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] 1次Ballooning理論に基づく乱流の非局所構造と間欠性2014

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, 今寺賢志
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] Non-local structure and transprt in toroidal flux-driven ITG turbulence2014

    • 著者名/発表者名
      Kenji Imadera, Yasuaki Kishimoto, Kevin Obrejan Takuya Kobiki and Jiquan Li
    • 学会等名
      JIFT Workshop on Progress in Kinetic Plasma Simulation
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2014-10-31 – 2014-11-01
  • [学会発表] Global Profile Relaxation Coupled with E×B Staircase in Toroidal Flux-Driven ITG Turbulence2014

    • 著者名/発表者名
      Kenji Imadera, Yasuaki Kishimoto, Kevin Obrejan Takuya Kobiki and Jiquan Li
    • 学会等名
      25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
    • 発表場所
      Saint Petersburg, Russia
    • 年月日
      2014-10-13 – 2014-10-18
  • [学会発表] Gyrokinetic simulation on turbulence spreading dynamics in a magnetic shearless plasma2014

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Li, K. Imadera and Y. Kishimoto
    • 学会等名
      4th Asia-Pacific Transport Working Group(APTWG)
    • 発表場所
      Kyushu University in Fukuoka
    • 年月日
      2014-06-10 – 2014-06-13
  • [学会発表] Non-local profile relaxation coupled with E×B staircase in toroidal flux-driven ITG turbulence2014

    • 著者名/発表者名
      Kenji Imadera, Yasuaki Kishimoto, Kevin Obrejan, Takuya Kobiki and Jiquan Li
    • 学会等名
      4th Asia Pacific Transport Working Group(APTWG) International Conference
    • 発表場所
      Kyushu University, Fukuoka
    • 年月日
      2014-06-10 – 2014-06-13

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公開日: 2016-05-27  

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