EGAMのジャイロ運動論シミュレーション

Gyrokinetic simulation study on the EGAM

三木 一弘; 井戸村 泰宏   

Miki, Kazuhiro; Idomura, Yasuhiro

高速粒子の物理の理解は将来の燃焼プラズマの理解につながることから、輸送閉じ込めサブクラスターにおける重要な課題の1つとなっている。本発表では、full-fジャイロ運動論シミュレーションコード(GT5D)を用い高速粒子により駆動される測地線音響モード(EGAM)の線形モード特性を調べた。粒子ビームを模擬した初期粒子分布を与えて、一様な温度と密度の初期分布と軸対称の条件として与えて数値計算を行った。ジャイロ運動論モデルよりモードの固有値を解析し、数値計算結果と比較した。有限軌道幅効果を考慮するとEGAMの成長率は装置サイズに依存して低減した。次により一般的な粒子ビームの分布を用いてEGAMのシミュレーションを行った。この場合もEGAMの成長が観測された。得られた成長率や振動数はDIII-Dにおける観測結果やハイブリッドコードによる成長率の評価と整合した。

Energetic particles physics is of importance in the community of transport and confinement towards the future burning plasmas. We here introduce energetic particles in a full-f gyrokinetic code (GT5D). We find linear dynamics of the EGAM driven by bump-on-tail particle distributions. We examine flat-q, homogeneous, axisymmetric, electrostatic gyrokinetic simulations. Above a certain level of the beam intensity, an oscillatory mode grows with about a half of the standard GAM. The observed frequencies are consistent with the eigenmode analyses derived from the perturbed gyrokinetic equations. The theoretical analyses also indicate a bifurcation of the excited modes depending on q-value. Estimation of the finite-orbit-width effects can provide a size dependency of the EGAM growth rate. We find linear and nonlinear dynamics of the EGAM driven by slowing-down distributions. We examine the axisymmetric gyrokinetic simulations with DIII-D-like parameters. The observed growth rates and frequencies are consistent with results of other hybrid code.