階層間相互作用モデリングによる非平衡開放系プラズマ構造形成ダイナミクスの研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15540386
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 林 隆也 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60156445)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水口 直紀 核融合科学研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助手 (70332187) ; 三浦 英昭 核融合科学研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助手 (40280599)
• Keywords: プラズマ緩和現象 / 計算機シミュレーション / 階層構造 / 構造遷移 / プラズマ2流体モデル / 爆発現象 / 球状トカマク / アダプティブ格子点

Research Abstract

プラズマ緩和現象に関する新しい知見を得るため、2流体モデルコードの開発をおこなった。具体的には、非線形、圧縮性Hall-MHD方程式を3次元矩形領域中で解析するシミュレーションコードを開発し、高いエネルギー、ヘリシティーをもった不安定な平衡を初期条件として、非線形ダイナミクスのシミュレーションを行った。MHDシミュレーションの結果と比較すると、Hall-MHD系では、Hall効果によって磁場に直交する方向のプラズマ流が形成される。磁場に直交するプラズマ流はMHDモデルでは見られないダブルベルトラーミ(DB)平衡の特徴の一つである。また、DB平衡にいたる自己組織化過程は、マクロ変数の調整、最小化過程、すなわち、保存量であるエネルギーと電子、イオンの正準ヘリシティーを修正し、揺らぎを表すエンストロフィーを最小化する過程として特徴づけられるが、マクロ変数の時間変化を計算することにより、理論が予測する保存量の強圧性が検証された。また、爆発的・間歇的な緩和現象の機構を解明するために、球状トカマク実験で観測されている周辺部不安定性や電流ホールのシミュレーションを行うための計算機コード開発を行った。大局的な構造と電流層など局所微細構造に関して同時に階層的自己無撞着なシミュレーションをするため、アダプティブ格子点手法を取り入れた計算機コードの開発に着手した。

Research Products

• [Publications] Numata R., Yoshida Z., Hayashi T.: "Two-fluid nonlinear simulation of self-organization of plasmas with flows"J.Plasma Fusion Res.SERIES. in print. (2004)
• [Publications] Miura H., Hayashi T.: "Low m/n modes behavior of MHD plasma in LHU"J.Plasma Fusion Res.SERIES. in print. (2004)
• [Publications] Mizuguchi N., Hayashi T.: "MHD equilibrium and stability of spherical tokamak plasma with current hole"J.Plasma Fusion Res.SERIES. In print. (2004)