2013 Fiscal Year Research-status Report
多重拘束マルチモーメント法によるプラズマ遷移現象の再現とその動的制御方法の開拓
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25800304
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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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, 助教 (90607839)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 遷移現象 / 非局所輸送 / ジャイロ運動論 / 第一原理シミュレーション |
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| Research Abstract |
磁場閉じ込め核融合プラズマの性能を大きく左右する過渡的な遷移過程において、従来の理論では説明できない非局所・非拡散的な輸送が現出する。しかしながら、簡約化されたモデルを用いた輸送シミュレーションでは、実験で観測されているそのような現象を、今もなお十分に再現できていない。本研究では、ミクロ-メゾスケールの搖動とマクロな分布の構造形成を自己無頓着に解くことが非局所輸送を再現する上で本質的であるとの着想に基づき、大規模な第一原理シミュレーションを実施することで、プラズマ遷移現象の再現とその動的制御方法を開拓することを目的としている。本年度の主な成果は以下の通りである。
(1) 大域的トロイダルジャイロ運動論コード「GKMUST」を新たに開発した。本コードでは、外部からの熱ソース/シンク、ならびに衝突効果が適切に導入されており、乱流輸送だけではなく、新古典輸送過程を経て形成される径電場も適切に評価することができる。また、数千コアを用いた大規模計算における並列化効率を十分に確保し、現実的な計算時間で熱源駆動型乱流輸送シミュレーションを行うことが可能となった。
(2) GKMUSTによる解析結果から、熱源駆動型乱流における輸送ダイナミックスは、径方向に伸張した大域的な渦構造によって誘発される突発的な輸送と、E×B staircase を伴って径方向にゆっくりと伝播する温度揺動によって支配されていることを明らかとした。また、そのような相関長の長い輸送ダイナミックスによって、温度分布は大域的な関数形状に強い拘束を受けながら分布緩和を起こすこと（自己相似緩和）を見出した。
(3) 全エネルギーに対する平均流のエネルギー配分率は、入力パワーが大きい場合に低下することを見出した。この結果は、入力パワーが大きい場合であっても(2)で述べた大域的な関数形状への強い拘束が起きる可能性を示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は「大域的トロイダルジャイロ運動論コードの開発」が主な目標であったが、計画通りにコードを開発し、線形、非線型における種々のベンチマークテストからその妥当性を十分に検証することに成功した。さらにそのコードに対して、外部からの熱ソース/シンク、ならびに衝突効果を導入することで、熱源駆動型乱流輸送シミュレーションが可能となり、上述の(2)や(3)といった物理的な知見が得られたことからも、当初の計画以上に研究は進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題としては、円柱座標を用いているために、r=0近傍でCFL条件が制限される点が挙げられる。この点を克服するために、直交座標系への変更を検討しており、既に直交座標系で適用可能なFiled solverを開発していることからも、2014年度にはこの点について解決できると考えている。
また並行して、熱ソースのパワースキャン、ならびに変調実験を実施することで、熱の弾道的な伝播や、径電場シア、階段状の温度分布構造の応答を詳細に解析し、プラズマ遷移現象の再現とその動的制御方法の開拓を推進する。
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