Kinetic simulations of turbulent fusion plasmas

乱流核融合プラズマの運動論シミュレーション

井戸村 泰宏   ; 渡邉 智彦*; 洲鎌 英雄*

Idomura, Yasuhiro; Watanabe, Tomohiko*; Sugama, Hideo*

3次元配位空間で記述される中性流体乱流とは対照的に、無衝突磁化プラズマ乱流は5次元位相空間におけるプラズマの簡約化運動論モデルであるジャイロ運動論モデルを用いて研究されてきた。近年の計算機技術やシミュレーションモデルの進歩により、トロイダル配位かつ実験に近いパラメータにおけるプラズマ乱流の直接数値シミュレーションが可能になった。このような運動論シミュレーションは核融合プラズマにおける乱流輸送を研究するための必要不可欠なツールとして確立してきた。本オーバービューでは、乱流核融合プラズマの運動論シミュレーションの進展をその物理モデル・数値モデル及び5次元ジャイロ運動論シミュレーションから得られた物理的発見に焦点をあてて概説する。

In contrast to neutral fluid turbulence described in three-dimensional (3D) configuration space, collisionless magnetised plasma turbulence has been studied using the gyrokinetic model, which is a reduced kinetic model of a plasma in 5D phase space. Recent advances in computer technology and simulation models enabled a direct numerical simulation of plasma turbulence in a toroidal configuration with experimentally relevant parameters. Such kinetic simulations have been established as an essential tool for studying turbulent transport in a fusion plasma. This overview summarises progress in kinetic simulations of turbulent fusion plasmas focusing on physical and numerical models and physical findings obtained from 5D gyrokinetic simulations.