Conservative gyrokinetic Vlasov simulation using Morinishi scheme

森西スキームを用いた保存系ジャイロ運動論的ブラゾフシミュレーション

井戸村 泰宏   ; 井田 真人; 徳田 伸二; Villard, L.*

Idomura, Yasuhiro; Ida, Masato; Tokuda, Shinji; Villard, L.*

ジャイロ運動論的シミュレーションはトカマクプラズマにおける乱流異常輸送を研究するうえで必要不可欠なツールとなっており、乱流輸送の評価及び予測に向けて、開放系の駆動乱流の長時間・大域的シミュレーションが必要とされている。しかしながら、従来のジャイロ運動論的シミュレーションにおける脆弱な保存特性はそういった長時間シミュレーションにおいて問題になっていた。この問題点を克服するために、もともとは中性流体乱流の保存系シミュレーションのために開発された森西スキームを用いて新しい保存系ジャイロ運動論的シミュレーションを開発する。このコードでは、厳密な粒子数保存に加えて、エネルギー保存も劇的に改善され、また、スキームは長時間シミュレーションにおいてロバーストである。スラブ配位イオン温度勾配駆動論流のシミュレーションにおいて新しいコードと従来の粒子コードの比較を示す。

A gyrokinetic simulation is an essential tool to study turbulent anomalous transport in tokamak plasmas, and a long time global simulation of driven turbulence in open system is highly desirable towards estimation and prediction of turbulent transport. However, poor conservation properties in conventional gyrokinetic simulations were problematic in such a long time simulation. To overcome this difficulty, a new conservative gyrokinetic code is developed using Morinishi scheme, which was originally developed for conservative simulations of neutral fluid turbulence. In the new code, in addition to the exact particle number conservation, the energy conservation is dramatically improved, and the scheme is robust in a long time simulation. In slab ion temperature gradient driven turbulence simulations, comparisons of the new code and a conventional particle code are presented.