3次元磁場平衡における大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションの新古典輸送ベンチマーク

Benchmark study on the neoclassical transport of a global full-f gyrokinetic simulation in three dimensional equilibria

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第一原理的なジャイロ運動論方程式をプラズマ分布に関するスケール分離を仮定せずに解く大域的full-fシミュレーション手法が注目されている。大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションは、これまで主に磁場に軸対称性のあるトカマク型装置ターゲットとしており、複雑な3次元磁場形状を有するステラレータプラズマへ適用した例はなかった。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次元磁場形状を適切に取り扱えるような座標系を新たに構築し、併せて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開発した。ベンチマーク計算としてGT5Dを用いて衝突性輸送(新古典輸送)に対するシミュレーションを行った。その結果、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, is attracting much attention in the plasma transport study. However, global full-f gyrokinetic simulation studies in three-dimensional plasmas have been reported so far, since the existing global full-f gyrokinetic simulation codes are developed with the aim to explore the transport physics in axisymmetric tokamak plasmas. In this work, we extend a global full-f gyrokinetic simulation code, GT5D, to treat three-dimensional magnetic equilibria by constructing a new coordinate system. A new interface code between GT5D and a 3D equilibrium code, VMEC, are developed, in which outputs provided by VMEC code is incorporated into GT5D. The extended version of GT5D is verified against the collisional (neoclassical) transport by comparing the transport to another neoclassical code and an analytical theory.