A New hybrid kinetic electron model for full-f gyrokinetic simulations

full-fジャイロ運動論シミュレーションのための新たなハイブリッド運動論的電子モデル

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

イオンスケールのイオン温度勾配駆動捕捉電子モード(ITG-TEM)乱流の静電的full-fジャイロ運動論シミュレーションのための新しいハイブリッド運動論的電子モデルを開発した。このモデルでは、full-fジャイロ運動論方程式、多種粒子線形フォッカープランク衝突演算子、および、ジャイロ運動論的ポアソン方程式の軸対称成分については完全運動論的電子モデルを適用し、ジャイロ運動論的ポアソン方程式の非軸対称成分においては運動論的捕捉電子応答のみを用いて乱流揺動を決定する。この手法により、ITG-TEM、新古典輸送、両極性条件、および、粒子捕捉・非捕捉過程といった重要な物理を保持しつつ、いわゆるモードを回避した。本モデルによりITG-TEM乱流のfull-fジャイロ運動論シミュレーションがリーズナブルな計算コストで可能になった。

A new hybrid kinetic electron model is developed for electrostatic full-f gyrokinetic simulations of the ion temperature gradient driven trapped electron mode (ITG-TEM) turbulence at the ion scale. In the model, a full kinetic electron model is applied to the full-f gyrokinetic equation, the multi-species linear Fokker-Planck collision operator, and an axisymmetric part of the gyrokinetic Poisson equation, while in a non-axisymmetric part of the gyrokinetic Poisson equation, turbulent fluctuations are determined only by kinetic trapped electrons responses. By using this approach, the so-called mode is avoided with keeping important physics such as the ITG-TEM, the neoclassical transport, the ambipolar condition, and particle trapping and detrapping processes. The model enables full- f gyrokinetic simulations of ITG-TEM turbulence with a reasonable computational cost.