大域的乱流シミュレーション

Global turbulence simulation

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

富岳における大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションGT5Dの開発およびそれを用いて得られた最近の成果を概説する。富岳におけるエクサスケール計算に向けてA64FXで新たにサポートされた半精度演算を活用した新たな行列解法を開発し、運動論的電子の差分陰解法ソルバにおいて従来手法の約3.5倍の性能向上を達成した。これにより、実質量比の運動論的電子を用いた大域的乱流シミュレーションが可能となった。このコードを用いてTore Supra装置のジュール加熱Lモード放電における線形/飽和オーミック閉じ込め(LOC/SOC)遷移を解析した。これにより、LOC/SOC遷移に伴い観測されている、炭素不純物の吐き出し、自発プラズマ回転の変化、エネルギー閉じ込め時間の変化を再現し、その物理機構を明らかにした。

We review the development of global full-f gyrokinetic simulation GT5D and recent simulation studies on Fugaku. Towards exascale simulations on Fugaku, a new matrix solver was developed using half precision computation, which was newly supported on A64FX, and an implicit finite difference solver for kinetic electrons was accelerated by ~3.5x compared to the conventional solver. This enabled global turbulence simulations with kinetic electrons at the real mass ratio. By using this code, the linear and saturated ohmic confinement (LOC/SOC) transition in ohmic L-mode discharges on the Tore Supra device was analyzed. The simulation reproduced the exhaust of carbon impurity ions, the change of intrinsic plasma rotation, and the change of energy confinement time, which are observed during the LOC/SOC transition, and their physical mechanisms were clarified.