2021 Fiscal Year Research-status Report
多粒子種グローバル運動論コードによる選択的加熱を用いた輸送制御方法の開拓
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20K03903
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今寺 賢志 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90607839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 泰明 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10344441)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 乱流輸送 / ジャイロ運動論 / GPU並列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度の主な成果は以下の2点である。
(1) 異粒子間衝突作用素の実装，およびシミュレーションにおける検証
異粒子種間衝突を考慮した衝突作用素を5次元コードに実装した。具体的には，令和2年度までに位相空間2次元コードで検証を行っていた温度等分配作用素，テスト粒子作用素，場粒子作用素を包括的に5次元コードに導入し，ベンチマークテストでその妥当性を検証した。特に位相空間5次元ジャイロ運動論シミュレーションでDTEMの線形解析を行うことで成長率に同位体効果が発現すること，物理的に妥当なブートストラップ電流を見積もることが可能であることを実証した。これらの成果は，グローバルな粒子/運動量/熱輸送を正確に評価可能な炉心プラズマ統合シミュレーションコードの開発に資するものであり，将来的には水素同位体や不純物の粒子輸送モデルの開発に貢献するものである。
(2) field aligned coordinateの実装とOpenACCによるGPU並列化
計算量と削減を主目的としてfield aligned coordinateの実装を行った。具体的には，令和2年度までに導出した方程式系を基に，令和3年度はそれらをコードに実装し，線形ベンチマークテストで得られた分散関係が妥当であることを確認した。また，従来のコードと比較して10倍程度高速に計算可能であることを実証すると共に，OpenACCによるGPU並列化によって更に48倍程度の加速に成功した。これらの成果は，炉心プラズマ統合シミュレーションコードの開発，特にコードの高速化に貢献する結果であると共に，ダイバータ配位を取り扱うことが可能なジャイロ運動論コードの開発に繋がるものである。
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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
本研究課題の主目標である「燃料粒子補給とヘリウム灰排気の両立のための粒子/熱輸送制御」を行うにあたって必要不可欠な多粒子間衝突オペレータの導入が完了し，シミュレーションでその妥当性が検証されたことから，研究は概ね順調に進展している。また並行して，field aligned coordinateの実装やGPU並列を利用した計算量の削減も順調に行われており，今後の研究を加速させる成果であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点では上述の(1)と(2)で開発したコードがそれぞれ別であることから，両者を結合することで「燃料粒子補給とヘリウム灰排気の両立のための粒子/熱輸送制御」の研究を推進することを計画している。
また，(2)で得られたGPU並列のノウハウを機械学習にも転用することで，本研究課題のもう1つのテーマである「グローバルな粒子/運動量/熱輸送係数のモデリングの高度化」で利用しているニューラルネットワークモデルの計算を高速化することを計画している。
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| Causes of Carryover |
学会がオンラインで開催されたことにより，想定より旅費が大幅に少なかったことが主な理由である。次年度の学会参加に伴う旅費に利用予定である。
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