Integrated simulation code for burning plasma analysis

燃焼プラズマ解析へ向けた統合化シミュレーションコード

小関 隆久; 相羽 信行; 林 伸彦; 滝塚 知典; 杉原 正芳; 大山 直幸

Ozeki, Takahisa; Aiba, Nobuyuki; Hayashi, Nobuhiko; Takizuka, Tomonori; Sugihara, Masayoshi; Oyama, Naoyuki

日本原子力研究開発機構における燃焼プラズマ研究のためのモデルの統合化について述べている。時間スケール・空間スケールの大きく異なった複雑な物理要因を持つ燃焼プラズマをシミュレートするため、輸送コードTOPICSをベースとして、加熱・電流駆動,不純物輸送,ダイバータ,MHD,高エネルギー粒子挙動モデルの統合化によるシミュレーションコード群を開発している。開発したコードは検証することが重要であり、ここでは、JT-60による実験結果や第一原理に基づくシミュレーションによりモデルの妥当性を確認する。輸送とMHDの統合化モデルが、3つの典型的なMHD現象、すなわちNTM(0.01R),限界(A)とELM(EとAの間欠現象)について開発された。NTMの統合化モデルについては、修正ラザフォード方程式を輸送方程式と連結して解くモデルを開発した。限界モデルについては、輸送コードからときどき刻々吐出する平衡データの安定性計算によりモデル化している。ELMについては、輸送コードと安定性コードを結合し、交互に解くことにより、時定数の異なる間欠現象をモデル化した。これらの開発したモデルは、JT-60実験データによる検証を行い、燃焼プラズマの性能予測に用いられている。

Strategy of integrated modeling for burning plasmas in Japan Atomic Energy Agency is described. In order to simulate the burning plasma which has a complex feature with wide time and special scales, a simulation code cluster based on the transport code TOPICS is being developed by the integration with heating and current drive, the impurity transport, edge pedestal model, divertor model, MHD and high energy behavior model. Developed integration models are validated by fundamental researches of JT-60U experiments and the simulation based on the first principle in our strategy. The integration of MHD stability and the transport is progressed for three phenomena with different time scale of NTM (0.01tR), beta limits (tA) and ELM (intermittent of tE and tA). Here, tR, tA and tE are the resistive skin time, the Alfven transit time and the energy confinement time, respectively. Integrated model of the NTM is produced by coupling the modified Rutherford equation with the transport equation. Integrated model of beta limits is developed by the low-n stability analysis of down streaming data from the TOPICS code. Integrated model of ELM is developed by the iterative calculation of the ideal MHD stability code MARG2D and the TOPICS code. These models are being validated by the data of JT-60 experiments and estimate the plasma performance for burning plasmas.