Conservative global gyrokinetic toroidal full- five-dimensional Vlasov simulation

保存型グローバルジャイロ運動論的トロイダルfull-5次元ブラゾフシミュレーション

井戸村 泰宏   ; 井田 真人; 叶野 琢磨; 相羽 信行; 徳田 伸二

Idomura, Yasuhiro; Ida, Masato; Kano, Takuma; Aiba, Nobuyuki; Tokuda, Shinji

革新的な無散逸保存型差分スキームを用いて新しい保存型グローバルジャイロ運動論的トロイダルfull-5次元ブラゾフシミュレーション(GT5D)を開発した。このスキームは現在のジャイロ運動論における重要な第一原理を満足することによって数値的な安定性を保証し、ロバーストかつ高精度なトカマク微視的乱流のシミュレーションを可能にする。GT5Dの妥当性は帯状流減衰テスト、イオン温度勾配駆動(ITG)モードの線形解析、及び、非線形ITG乱流シミュレーションのグローバルジャイロ運動論的トロイダル粒子コードとの比較により検証された。この比較では粒子及びメッシュアプローチに基づく二つのジャイロ運動論コードを用いてITG乱流の大域解を定量的に同定した。

A new conservative global gyrokinetic toroidal full- five-dimensional Vlasov simulation (GT5D) is developed using a novel non-dissipative conservative finite difference scheme. The scheme guarantees numerical stability by satisfying relevant first principles in the modern gyrokinetic theory, and enables robust and accurate simulations of tokamak micro-turbulence. GT5D is verified through comparisons of zonal flow damping tests, linear analyses of ion temperature gradient driven (ITG) modes, and nonlinear ITG turbulence simulations against a global gyrokinetic toroidal particle code. In the comparison, global solutions of the ITG turbulence are identified quantitatively by using two gyrokinetic codes based on particle and mesh approaches.