Development of GT5D for stellarator configurations

ステラレータ配位に向けたGT5Dコードの開発

松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   ; 佐竹 真介*

Matsuoka, Seikichi; Idomura, Yasuhiro; Satake, Shinsuke*

プラズマ輸送研究においてジャイロ運動論方程式をスケール分離を仮定せずに第一原理的に解くことでプラズマ分布関数全体の時間発展を求めるFull-fシミュレーション手法が注目されている。これまで、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のような軸対称性を有したトカマク型装置へ適用されてきたが、磁場構造が複雑な3次元性を有するステラレータ型装置のプラズマへの適用例はこれまでになかった。本研究では、Full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dについて3次元磁場を取り扱えるよう拡張を行った。3次元磁場平衡構築コードであるVMECコードとGT5D間のインターフェースを新たに開発し、VMECにより得られた磁場や座標情報をGT5Dへ取り込むことを可能にした。拡張したGT5Dを用いてステラレータプラズマで重要となる新古典輸送に関するベンチマークを行った結果、ステラレータ版GT5Dの結果が他の新古典輸送コードや理論解析モデルの結果をよく再現することを示した。

Global full-f gyrokinetic simulations, in which the gyrokinetic equation is solved based on the first principle without the scale separation with respect to the plasma distribution function, 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 simulations in three-dimensional magnetic field equilibria such as stellarators have been reported so far due to their complicated magnetic field geometries. In this work, we extend a full-f gyrokinetic simulation code, GT5D, to treat three-dimensional magnetic equilibria. A new interface code between GT5D and a 3D equilibrium code, VMEC, are developed, in which the geometry and the magnetic field provided by VMEC code is incorporated into GT5D. It is demonstrated that the neoclassical transport physics of GT5D can successfully reproduce results of another neoclassical transport code and a theory.