2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of global and dynamical plasma transport physics in 3D magnetic configuration based on first principle simulation
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19K03801
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
松岡 清吉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (10609986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203)
仲田 資季 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40709440)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 核融合 / 3次元磁場閉じ込め / 第一原理シミュレーション / 大域的輸送 / ジャイロ運動論 / プラズマ乱流 / 新古典輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、複雑な3次元非軸対称のトーラス型磁場構造をもつステラレータ型磁場閉じ込め装置内のプラズマ輸送現象について、乱流および衝突性(新古典) 輸送と加熱入力等のバランスで決まる大域的・動的な分布形成過程を明らかにすることを目的としている。プラズマの大域的・動的輸送現象を取り扱うためには、磁場閉じ込めプラズマの第一原理であるジャイロ運動論に基づいたシミュレーションを行う必要がある。本課題における具体的な目標としては、1) 保存型解法に基づいた大域的full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dを3次元磁場配位へと拡張し、2) GT5Dを用いた大域的乱流輸送シミュレーションによって3次元磁場プラズマの大域的輸送特性を調べることである。
今年度は、まず、前年度までに開発した3次元磁場版GT5Dコードについて円滑な計算実施に向けた計算コードの整備を行った。続いて、数値的安定性や数値パラメータ依存性などについて詳細に調べた。3次元版GT5Dではプラズマ境界外側領域において極端な数値不安定性が発生することがあり、その原因究明のための広範なパラメータサーベイを実施した。その結果、時間発展計算部の収束判定精度やプラズマ境界形状を表現するための解像度を上げることで不安定性を解消できることがわかった。また、次にトーラスプラズマの基礎的な微視的不安定性である線形ITG不安定性についてパラメータサーベイを実施し、GT5Dを用いてITGの線形成長を確認することができた。さらに衝突性の新古典輸送を精密に再現するための衝突項の拡張・改良に取り組んだ他、前年度終わりに開発した滑らかな磁気座標系構築手法についての論文発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は当初、開発した3次元磁場版GT5Dを用いたプラズマの微視的不安定性であるITG乱流輸送に関する線形ベンチマークの実施を予定していたが、プラズマ境界から外側領域における数値的不安定性の原因究明や線形ITG乱流を観測するためのパラメータ同定などに向けた試行計算が多数必要になった。また、衝突性の新古典輸送の高精度化のために研究計画当初には予定していなかった衝突項の改良が必要となった。以上の理由から、当初計画よりも進捗に遅れが生じることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの開発進展により、3次元磁場版GT5Dの開発・拡張によりプラズマ乱流の大域的解析に向けた準備及び予備計算は概ね完了した。今後は、開発したGT5Dコードを用いた計算の妥当性検証のため、線形・非線形ITG乱流や新古典輸送に関するベンチマーク及び解析を実施する。また、3次元磁場における大域的プラズマ乱流の基礎的特性についての研究として、プラズマ装置サイズパラメータや磁場強度や配位依存性等について検討を行う他、プラズマ乱流と衝突性新古典輸送の径電場を介した相互作用に関する解析を行う。
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| Causes of Carryover |
研究進展の遅れに伴い、当初予定していた解析結果保存用ハードディスクドライブなどの導入が今年度不要になったため、物品費等に次年度使用額が生じた。また、新型コロナウイルス感染拡大防止の観点から、国内での研究打ち合わせや海外での国際会議参加に係る出張を見合わせたことにより、旅費の執行を次年度としたため当初予定していた旅費が不使用となった。
現在、研究課題計画当初に予定していた研究が進展しつつあるため、次年度では物品費として解析用ラップトップPCやデータ保存用ハードディスクドライブの購入に使用し、また研究打ち合わせ及び学会参加のための国内・海外への出張旅費として使用する予定である。
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