Recent advances in nonlinear gyrokinetic PIC simulations in tokamak geometry

トカマク配位における非線形ジャイロ運動論的PICシミュレーションの進展

Bottino, A.*; Angelino, P.*; Allfrey, S. J.*; Brunner, S.*; Hatzky, R.*; 井戸村 泰宏   ; Jolliet, S.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; Villard, L.*

Bottino, A.*; Angelino, P.*; Allfrey, S. J.*; Brunner, S.*; Hatzky, R.*; Idomura, Yasuhiro; Jolliet, S.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; Villard, L.*

非線形静電的グローバルPICコードORB5は実MHD平衡において、断熱的電子応答を仮定してジャイロ運動論的Vlasov-Poisson系を解析する。最適化粒子配分法と適応幅ジャイロ平均アルゴリズムの実装により、現バージョンのコードは非常に優れて粒子・エネルギー保存特性を有する。この基本的な保存特性は数値シミュレーションの質を測る量として重要である。論文ではExB帯状流と平行速度非線形性を含めた静電的無衝突微視的不安定性のシミュレーション結果をCHEASEコードから得られた実MHD並行配位において初めて示す。

The global nonlinear electrostatic PIC code ORB5 solves the gyrokinetic Vlasov-Poisson system assuming adiabatic electrons in realistic tokamak magnetohydrodynamic (MHD) equilibria. The present version of ORB5 shows remarkable particle and energy conservation properties and can be used for physics studies in toroidal geometry. In particular, the optimized tracer loading method has been adapted to tokamak geometry and implemented in ORB5 together with a new adaptive gyro-average algorithm. Basic physical conservation properties (energy and particle number) are used as indicators of the quality of the numerical simulations. In this paper we present the first nonlinear results of electrostatic collisionless microinstabilities of realistic MHD shaped equilibria, provided by the MHD equilibrium code CHEASE, including the toroidicity induced geometrical coupling of the zonal ExB flow and the parallel velocity nonlinearlity.