ITER/DEMOを見据えた実平衡トカマクプラズマの第一原理乱流輸送シミュレーション

First-principle based gyrokinetic turbulent transport simulation with realistic tokamak equilibrium towards ITER and DEMO

仲田 資季; 本多 充; 吉田 麻衣子; 浦野 創; 前山 伸也; 沼波 政倫*; 渡邉 智彦*

Nakata, Motoki; Honda, Mitsuru; Yoshida, Maiko; Urano, Hajime; Maeyama, Shinya; Nunami, Masanori*; Watanabe, Tomohiko*

ITERやDEMOに代表される大規模な燃焼プラズマの輸送特性の解析・予測においては、核融合プラズマの第一原理モデルであるジャイロ運動論に基づいた乱流輸送シミュレーションが有効であり、その定量予測性能の検証が近年の課題となっている。本研究では、乱流シミュレーションコードGKV-Jへ実トカマク形状効果を新たに導入し、JT-60Uトカマクに対する第一原理的乱流輸送シミュレーションを実現した。イオン種に加え、通過/捕捉電子も運動論的に取り扱うことにより、半径位置 に応じた微視的不安定性の同定が可能となり、それらが駆動する乱流中のゾーナルフロー形成過程や熱・粒子に関する乱流輸送特性が明らかとなった。拡張されたGKV-Jによる乱流シミュレーション結果は、従来の流体輸送モデルでは定量性を著しく欠いていた領域に対しても、イオン/電子熱輸送レベルに関する実験結果をよく再現することに成功している。加えて、JT-60SA配位での乱流輸送における形状度の影響を同定することにも成功した。

First-principle based gyrokinetic simulation is a powerful method for investigating turbulent transport in magnetically confined fusion plasmas, and the quantitative evaluations of the prediction capability through comparisons with existing experiments and the model improvement are important issues. In this study, a local gyrokinetic turbulence code GKV-J is extended to incorporate realistic tokamak equilibria to realize the first principle based turbulent transport simulations on JT-60U tokamak. In addition to clarifications of the micro-stability properties depending on the radial locations, the turbulence simulation results successfully reproduce the experimental results on ion and electron heat diffusivity in the core region, where the conventional fluid-type reduced transport model shows some deviations. Also, the impact of shaping on turbulent transport properties is identified for JT-60SA tokamak.