少数自由度モデルが切り開くプラズマ乱流と遷移の物理

Physics of plasma turbulence and transition, pioneered by minimal models

三木 一弘

Miki, Kazuhiro

本講演は第8回日本物理学会若手奨励賞の受賞講演である。複雑なプラズマの非線形現象を理解するのに、要素還元化された理論モデルの解析が有用である。本講演では少数自由度モデルを用いて核融合プラズマの非線形臨界現象を理解してきた過程を紹介する。最初の例は帯状流と乱流の非線形相互作用の研究である。流体シミュレーションで得られた現象から洞察を得て、プレデタープレイモデルと呼ばれる少数自由度モデルを構築し、動的システム解析から帯状流の固有モードとして静的部分と振動的部分を区別する知見を得た。次にL-H遷移に関する研究を行った。L-H遷移のモデル1プレイー2プレデターモデルを1次元に拡張し、数値計算から局所的なL-H遷移を再現した。この結果は実験結果との比較より、帯状流の遷移トリガーとしての役割を明らかにした。最後に、L-H遷移のモデルを用いて、過渡的な粒子入射からL-H遷移が誘起される新しいタイプのL-H遷移を同定して、その時空間構造を予測した。このとき、遷移のトリガーとなるのはプラズマ端の径電場であり、帯状流はその役割を果たさない。

This is the award lecture of the 8th Young Scientist Award of the Physical Society of Japan. I have investigated various plasma critical phenomena dominated by nonlinear dynamics. First, I constructed a predator-prey model interacting with turbulence and zonal flow and GAM. The model was motivated by fluid simulations in the critical region of the ITG. Next, I have derived a one-dimensional reduced model for the L-H transition, based on the two predator-one prey model. Numerical studies revealed the possible trigger for the L-H transition, i.e. the bursty behavior of the zonal flows. Finally, the one-dimensional model was applied to the stimulated L-H transition induced by particle injection. The trigger for the transition is a change of edge radial electric field. Here, the zonal flow does not play a critical role to trigger the transition.