Progress of full-f gyrokinetic simulations including kinetic electrons

運動論的電子を含むfull-fジャイロ運動論シミュレーションの進展

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

ジャイロ運動論は微視的プラズマ乱流から巨視的プラズマ分布の発展に至る核融合プラズマのマルチスケール現象を第一原理に基づいて記述する。従来のfシミュレーションではこれらのスケール分離を仮定してマルチスケール問題を回避することにより低コスト計算を実現したが、スーパコンピュータの発展により、このマルチスケール問題を直接計算するfull-fジャイロ運動論シミュレーションが可能になった。さらに、最近の運動論的電子モデルの開発によって、電子系乱流を含むより現実的な数値実験が可能となり、変調電子加熱実験における過渡的プラズマ応答のような電子系乱流が重要な実験的観測を解析できるようになった。本招待講演では、最先端の電子系乱流シミュレーションに至る近年のfull-fジャイロ運動論シミュレーションの進展を概説する。

Gyrokinetics gives first principles based descriptions of multi-scale phenomena in fusion plasmas ranging from micro-scale plasma turbulence to macro-scale plasma profiles. The development of supercomputers enabled full-f gyrokinetic simulations, which directly compute the multi-scale problem, which conventional f simulation realized low cost simulations by avoiding the multi-scale problem under scale separation between them. Moreover, recent development of a kinetic electron model enabled more realistic numerical experiments including electron turbulence, and experimental observations, in which electron turbulence plays a critical role, have been analyzed. In this invited talk, the progress of full-f gyrokinetic simulations leading to the latest electron turbulence simulation is reviewed.