2015 Fiscal Year Research-status Report
高ベータ自己組織化プラズマの流れを持つ２流体平衡と安定性に関する基礎研究
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15K05370
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| Research Institution | Japan Coast Guard Academy (Center for Research in International Marine Policy) |
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Principal Investigator |
神吉 隆司 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), その他部局等, 教授 (40524468)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 正義 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00192237)
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| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 球状トーラス / 高ベータ自己組織化プラズマ / 同軸ヘリシティ入射 / ２流体平衡 / ２流体効果 / ２流体緩和 / シアフロー / プラズマ流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高ベータ自己組織化プラズマにおいて重要な役割を果たすと考えられているプラズマ中の流れに着目し，これまでのMHD（1流体）モデルの領域では説明できない2流体緩和の物理を探求することが目的である．27年度は，これまでSteinhauerと石田らによって定式化された，プラズマの密度が不均一な場合の2流体平衡モデルを理解し，その問題点を確認した．具体的には，イオンスキン長とプラズマの特性長の比で表される2流体パラメータは非常に小さいが有限であり，2流体平衡方程式を特異摂動問題にする．その特異性を取り除く方法として「nearby-fluidsオーダリング」が導入されている．同オーダリングが，擬似的なアルヴェン速度と音速度で特異点を生じさせる問題を確認した．そこで，高次の有限差分とグリッド数を多くすることによって，既存の2流体平衡コードを同オーダリングを用ない高精度の平衡コードに改良しているところである．
既存のコードを用いて，マルチパルス同軸ヘリシティ入射（M-CHI）による球状トーラスの2流体平衡遷移について調べた．数値計算結果から以下のことを明らかにした．１）M-CHIは高磁場側のセパラトリクス付近で負の密度勾配の急峻化を引き起こす．２）セパラトリクス付近でのその密度の変化とともに，イオン圧力勾配も負に変化することから，イオンの反磁性ドリフト速度はExBドリフト速度と同じ向きに変化する．一方，閉じた磁束領域では径電場が，トロイダルイオン流速とポロイダル磁場との磁気力により負に変化し，イオンの反磁性ドリフト速度はExBドリフト速度と反対に向きに変化する．その結果，セパラトリクス付近でポロイダルイオン流速シアは強化される．３）このようなイオンの反磁性ドリフト速度の変化が反磁性ポロイダル電流密度分布に影響を与え，閉じた磁束領域でトロイダル磁場は反磁性から常磁性に変化する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
27年度の１月末になってから，研究費の使用が可能なった．そのため，コードの開発をするための計算機サーバーとデータ解析や可視化のためのソフトの購入が遅れた．27年度中に既存の2流体平衡コードをnearby-fluidsオーダリングを用ない高精度の平衡コードに改良する予定であったが，できなかった．現在，高次の有限差分とグリッド数を多くすることによって，同オーダリングを用ない高精度の平衡コードに改良しているところである．
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| Strategy for Future Research Activity |
高次の有限差分として４次精度を採用し，また，グリッド数を多くすることによって，既存の2流体平衡コードをnearby-fluidsオーダリングを用ない高精度の平衡コードに改良しているところである．
コードの開発後，これまでに適用した経験のあるヘリシティ駆動球状トーラスに適用し，平衡計算結果から得られる平衡諸量とHIST装置（兵庫県立大学）で観測される実験結果と比較しながら，平衡の性質を調べる．HIST装置では，近年，トロイダル，ポロイダル両方向のプラズマ流の計測がマッハプローブとイオンドップラー分光器を使用して行われ，実験との詳細な比較を行うことができるようになってきている．HIST装置での適用結果と実験結果との比較検討の知見を得て，同軸ヘリシティ入射実験が予定されているQUEST装置(九州大学)を中心に適用を行い，実験結果と比較しながら，その平衡の性質を詳細に明らかにする．
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| Causes of Carryover |
27年度の10月末になって，この研究課題が採択されたので，当初予定していた学会等に参加できなかったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度は，27年度で生じた残額も考慮して，学会参加や研究打ち合わせ等の旅費に主に使用する予定である．
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