2011 Fiscal Year Research-status Report
乱流輸送のプラズマベータスケーリングのシミュレーション研究
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23561003
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
石澤 明宏 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30390636)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2016-03-31
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| Keywords | 乱流 / プラズマ / 核融合 / 数値シミュレーション / 非線形 / 輸送 / ドリフト波 / リコネクション |
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| Research Abstract |
核融合実験装置における乱流輸送のベータスケーリング（有限圧力効果）を評価するために不可欠な電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発に成功し、交付申請書に記した当該年度の目標を達成しました。この新しいコードにより、国内唯一の有限ベータプラズマにおける乱流の運動論シミュレーションが可能になりました。このシミュレーション結果をもとに「高ベータトロイダルプラズマにおける乱流輸送」という題で第２４回ＩＡＥA核融合エネルギー会議の発表申請を行い、国内及び国際審査に合格しました。 また、すでに開発済みの二流体シミュレーションコードを用いて有限ベータプラズマにおける乱流輸送で重要な役割を果たす磁場揺動の定性的な理解をテキサス大学との共同研究で進めました。その結果を、プラズマコンファレンス2011の招待講演、Sherwood国際会議（米国最大の核融合プラズマ理論国際会議）の口頭発表（招待講演に相当）、Festival de Theoryの招待講演（フランスのカダラッシュ研究所主催で２年に１度開催される）として発表しました。 上述のFestival de Theory会議においてヨーロッパの研究者と行った議論が電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発に有用でした。また研究費を利用して参加したアメリカ物理学会および日本原子力機構訪問において行ったベータスケーリンングについての議論が有用でした。研究実施計画に記述した電磁的ジャイロ運動シミュレーションコードの開発における困難に対して、電子流体モデルの適用および磁力線方向の数値解法の工夫、の二つの方法を提案しました。そして計画に沿って当該年度は前者の方法を用い、開発に成功しました。また後者について日本物理学会年次大会で発表しました。これらの方法は、従来の方法によるヨーロッパの研究グループの結果と比較し、正確であることを確認しました。
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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
核融合実験プラズマにおける乱流輸送の有限圧力効果およびベータスケーリング（ここでベータは規格化したプラズマ圧力）を評価するために必要な電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発に成功しました。このことにより、乱流輸送への有限圧力効果の研究として、運動論的シミュレーションを用いた定量的な解析および二流体シミュレーションを用いた定性的な解析が可能になりました。したがってベータスケーリングを評価する準備が整いました。新しいシミュレーションコードを用いた運動論シミュレーション結果をまとめ、第２４回ＩＡＥA核融合エネルギー会議の発表申請を行い、これに合格しました。 研究費補助により効率的にシミュレーションコード開発を完了しました。以下にシミュレーションコード開発の具体的な内容を書きます。研究実施計画に記述した電磁的ジャイロ運動シミュレーションコード開発における困難に対して、１）電子流体モデルを適用、２）磁力線方向の数値解法を工夫する、の二つの方法を提案しました。そして、実施計画に書いたとおり当該年度は主に前者の方法に基づき、開発を完了しました。これらの方法による結果は、従来の方法に基づいた電磁的ジャイロ運動論シミュレーションを行っているヨーロッパのグループとベンチマークテストを行い、正確であることを確認しました。 以上の成果を得たことは、科研費応募書類および交付申請書に記した平成２３年度の研究計画を予定どおり遂行した結果です。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しく提案した電磁的ジャイロシミュレーションモデル（電子流体）とその典型的な計算結果をまとめ論文雑誌に投稿する予定です。また、第２４回IAEA核融合エネルギー国際会議（サンディエゴ）で発表する予定です。そして、乱流輸送のベータスケーリングを得るために、パラメータサーベイを精力的に行うとともに、物理解析を行います。物理解析において、以下の点に着目します。核融合実験プラズマでは乱流による構造形成が起こり、ゾーナル流と呼ばれるメソスケールの流れが生じます。その結果、乱流揺動が抑制され乱流輸送が低減されることが理解されています。有限ベータプラズマではこのゾーナル流形成が磁場揺動によって大きな影響を受けることが予想されます。特に、磁場揺動がゾーナル流による輸送低減（ディミッツシフト）へ影響する機構に着目し解析を進めます。 また、将来において現在は不可能な超大規模シミュレーションが可能になることを期待して、研究実施計画に記述した電磁的ジャイロ運動シミュレーションコードの開発における困難を解決するための二番目の方法である磁力線方向と垂直方向で数値解法を変える方法を用いて、電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発をさらに進めます。この方法はすでに開発を終えた方法と比較して計算コストがとても高くなる一方で数値結果に対する信頼性も高くなりますので、この方法を進めることが有益であると考えます。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度、Festival de Theory会議に招待講演者として招待された際、会議主催者から旅費を支給していただきました。その結果、使用した旅費は当初の見込みより少なくなりました。このため、次年度購入予定の消耗品などを購入しました。そして、その残りを次年度の旅費に当て、研究効率を上げる予定です。 国内で初となる有限ベータのジャイロ運動論シミュレーション結果をまとめ、サンディエゴ（アメリカ）で開催予定の第２４回IAEA核融合エネルギー国際会議で発表する予定です。そのための海外出張旅費が必要です。この会議では、電磁流体不安定性に臨界安定な高ベータプラズマにおける乱流輸送を評価します。物理解析においては、特に、磁場揺動がゾーナル流と呼ばれる乱流輸送抑制に重要な構造の形成に与える影響に着目した解析を行い、その結果を発表します。さらに、ジャイロ運動論会議（スペイン）に参加し、講演を行うとともにヨーロッパで同様のシミュレーションを行っているグループとシミュレーションコードのベンチマークテストを続け、シミュレーション結果の信頼向上に努めます。この会議の後にヨーロッパ物理学会（ストックホルム）に参加する予定です。また、これらの会議の参加費も必要です。
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