Introduction of a multi-species collision operator in GT5D and its application to heavy impurity transport

GT5Dにおける異種粒子衝突演算子の導入と重不純物輸送への適用

Obrejan, K.; 井戸村 泰宏   ; 本多 充*

Obrejan, K.; Idomura, Yasuhiro; Honda, Mitsuru*

重不純物輸送の解析に向けて、ジャイロ運動論full-fオイラーコードGT5Dに異種粒子線形フォッカー・プランク衝突演算子に基づく陰解法衝突ソルバを拡張した。この衝突ソルバでは、速度空間の移流拡散方程式として与えられる衝突演算子にクリロフ部分空間法を適用し、重不純物で特に厳しくなるCFL条件の問題を解決した。これに加えて、新たに磁束座標系を採用することによって、磁場構造を少ない格子数で解像することを可能とし、衝突性輸送解析を大幅に高速化した。タングステンの衝突性輸送ベンチマークを実施し、GT5Dの精度検証を実施した。

To analyze heavy impurity transport, the gyrokinetic full-f Eulerian code GT5D was extended with an implicit collision solver based on a multi-species linear Fokker-Plank collision operator. In the collision solver, a Krylov subspace method is applied to a collision operator, which is given as a convection diffusion operator in velocity space, and severe CFL conditions of heavy impurities are resolved. In addition, flux coordinates are newly applied to resolve magnetic field structures with less grids, and collisional transport simulations are dramatically accelerated. A collisional transport benchmark of tungsten was conducted to verify the accuracy of GT5D.