2021 Fiscal Year Research-status Report
圧力駆動型モードによるプラズマ構造変化に対する共鳴摂動磁場とシアフローの影響
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15K06651
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
市口 勝治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (90211739)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合 / プラズマ / 電磁流体力学 / ヘリオトロン / 巨視的シアフロー / 圧力駆動型モード / 構造変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は、主として次の２つの項目に関して研究を進めた。
第１の項目は、実験データと矛盾のない三次元フロープロファイルの計算プログラムの改良である。今回、磁気軸近傍に局在するフローに対して、これまで開発してきたフロー計算プログラムを適用したところ、磁気軸近傍で数値的な発散が生じることが判明した。調査した結果、磁気軸上でも他の領域と同様の手法でポロイダル成分を計算するようにしていた。しかし、物理的に考えると、磁気軸上でポロイダル成分は存在しない。そこで、磁気軸上でのポロイダル成分を自動的にゼロとすることとし、これによって発散を回避した。さらに、このフロー計算では、内部計算に用いている座標系と出力用の座標系の間の座標変換において、ルートファインディングが必要となっている。この計算には２次元ニュートン法を採用しているが、初期値の推定が必ずしも正確であるとは言えない場合があった。そこで、今回、この初期値推定手法においても改良を行った。まず、プラズマ領域内での存在可否をcross numbering 法を用いて決定する。次に、プラズマ領域を微小セグメントに分割し、そのセグメント内での存在可否をベクトル積判定法を用いて決定することとした。これにより、初期値推定の精度は飛躍的に向上した。
第２の項目として、上記の改良したプログラムを用いて、磁気軸近傍に局在するフローの解析を進めた。その結果、対応する静的三次元平衡の磁気軸位置に比べて実験で観測されている磁気軸位置がトーラス外側にシフトしていることがわかった。現在、その理由を精査中であるが、このシフトがトロイダルフローによる遠心力によるものであることが有力な候補となっている。今後、この遠心力を含めた平衡の再構築手法の確立を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験データと矛盾のない三次元フロープロファイル計算プログラムの開発が順調に進んでいる。また、その計算結果から、これまであまり議論されてこなかった、巨視的フローによる遠心力に関する知見が得られたことは大きな進歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度改良した計算プログラムによる計算結果と他の実験データとの比較を広く行い、さらなるプログラムの改良を目指す。また、このプログラムによる計算結果と共鳴摂動磁場の計算を組み合わせた解析へ発展させていくことが重要な課題となっている。このとき、磁気島を含む磁気面の近似的な時期座標の構築手法の開発も必要となる。さらに、この改良フロー計算プログラムを用いて得られたフローを組み込んだ圧力駆動型モードのダイナミクス解析を推進する。これまで、予備的な計算が行われており、フローによる安定化が限定的であることが示されてきている。一方で、このダイナミクス計算においては、精度向上の余地が残されていることが最近判明した。そこで、この改良を行ったうえで、フローによる安定化のメカニズムについての議論をさらに発展させていくことを検討している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの世界的蔓延により、出席を予定していた国際学会および国内学会が、全てオンライン開催となり、そのための経費が使用できなくなった。また、海外研究者との現地での共同研究も予定していたが実施できなかった。以上の経費は、次年度における学会等の出張旅費（現地で開催された場合）並びに論文出版等の研究成果の発表のための費用として使用する予定である。
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