3次元平衡版GT5Dコード開発の現状

Current status of GT5D code for three-dimensional magnetic field equilibria

松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   

Matsuoka, Seikichi; Idomura, Yasuhiro

核融合炉発電を目指したプラズマ輸送研究において、プラズマ分布関数の全体をジャイロ運動論方程式にもとづき第一原理的に解くFull-fシミュレーション手法が注目されている。Full-fジャイロ運動論シミュレーションは、これまで、JT-60やITER等、軸対称トーラス形状のトカマク型装置へ適用され、種々の物理機構について調べられてきた。しかし、ヘリカル・ステラレータ型装置のような、非軸対称な3次元磁場構造をもつプラズマについては、数値計算手法の複雑さや計算コストの観点から適用が難しかった。本研究では、Full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dを3次元磁場を取り扱えるよう座標系の取り扱いについて拡張を行い、併せて3次元磁場平衡コードVMECとのインターフェースを開発した。これにより、任意の3次元磁場平衡中のプラズマについて、初めてFull-fジャイロ運動論シミュレーションを可能にした。本発表では、GT5D+VMECで用いられている計算手法とコードの開発状況、及び初期計算結果などについて報告する。

Recently, full-f simulations, in which the gyrokinetic equation is solved for the total plasma distribution function is evolved based on the first principle, attracted much attention in the plasma transport study. Rich physics has been revealed by the simulations in axisymmetric tokamak plasmas such as JT-60 and ITER. However, no full-f gyrokinetic simulations in non-axisymmetric, or three-dimensional magnetic field equilibria such as stellarators and/or helical devices have been reported so far due to their complicated magnetic field geometries which requires more computational resources. In this work, we extend a full-f gyrokinetic simulation code, GT5D, to treat three-dimensional magnetic equilibria by modifying its coordinates, and develop a new interface between GT5D and VMEC, where VMEC is a numerical tool to construct a three-dimensional magnetic equilibria. In the presentation, we give a presentation of the current status of the code development, numerical scheme used in the code, and simulation results.