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松本 太郎; 岸本 泰明; Li, J.*
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-05-17), p.83 - 86, 2005/03
トカマクをはじめとする磁場閉じ込めプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流(zonal flows)と呼ばれる層流が、多様な揺らぎの構造を形成し、輸送現象に影響を及ぼしている。このような乱流が支配する輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、乱流の特性をさまざまな側面から特徴付けることが必要である。カオス時系列解析では、揺動の時系列データ含まれる乱れ(irregularity)を生じさせる原因が、誤差や衝突的統計性(ランダム)に起因するのではなく、力学系に内在する非線形性に起因するとの観点から、系の特徴づけを行う。本研究では、ジャイロ流体モデル(1,2)と呼ばれる運動論的効果を取り入れた流体モデルを用いて、微視的不安定性である電子温度勾配(ETG)モード及びイオン温度勾配(ITG)モードの3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる温度勾配とそれに伴って変化する帯状流強度の下で、電場の揺動から得られる相関次元及びリヤプノフ指数の特性を示す。
岸本 泰明
シミュレーション, 22(2), p.89 - 97, 2003/06
本稿では、原研における数値トカマク実験(NEXT:Numerical EXperiment of Tokamak)の進展と今後の展開を解説したものである。異なった時間・空間スケールの現象が混在した多階層・複合過程としてのプラズマのシミュレーション手法と、それに基づくトカマク研究の位置づけに関する詳細が議論されている。
岸本 泰明; Kim, J.*; Horton, W.*; 田島 俊樹*; LeBrun, M. J.*; Dettrick, S. A.*; Li, J.; 白井 浩
Nuclear Fusion, 40(3Y), p.667 - 676, 2000/03
被引用回数：48 パーセンタイル：78.61(Physics, Fluids & Plasmas)本論文は、JT-60をはじめとしたトカマクの反転磁気シア放電で観測されている内部輸送障壁の物理機構の一つとして、通例トカマク中にトロイダル結合効果によって発生するイオンのテーマ半径よりも大きな乱流構造が抑制され、径方向の位相関係が分断される不連続面が形成されることによるものであるとの提案を行っている。この物理機構を理論及びトロイダル効果を考慮した粒子シミュレーションコードによる計算で調べている。不連続面の形成の有無は、安全係数最小面の分布やその領域におけるプラズマ回転の影響を強く受け、逆に不連続面が消失する効果についても言及している。論文では、あわせて乱流自身の作る自己生成電場及びそれによるプラズマ回転の効果についても議論を行っている。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dによるイオン温度勾配駆動(ITG)乱流の閉じ込め特性研究の進展を概説する。GT5Dによって加熱パワーを固定した長時間乱流計算が実現し、乱流輸送とプラズマ分布を無撞着に決定できるようになった。ITG乱流の加熱パワースキャンにおいて、トカマク実験で普遍的に観測される、加熱パワーに依存する閉じ込め劣化現象を再現した。ITER規模の数値実験によって閉じ込め特性の装置サイズ依存性を調べ、大型装置の閉じ込め特性は加熱パワー依存性に影響されることを明らかにした。さらに、水素プラズマと重水素プラズマの閉じ込め特性の違いと装置サイズ依存性の関係を明らかにした。
仲田 資季; 本多 充; 吉田 麻衣子; 浦野 創; 前山 伸也; 沼波 政倫*; 渡邉 智彦*
no journal, ,
ITERやDEMOに代表される大規模な燃焼プラズマの輸送特性の解析・予測においては、核融合プラズマの第一原理モデルであるジャイロ運動論に基づいた乱流輸送シミュレーションが有効であり、その定量予測性能の検証が近年の課題となっている。本研究では、乱流シミュレーションコードGKV-Jへ実トカマク形状効果を新たに導入し、JT-60Uトカマクに対する第一原理的乱流輸送シミュレーションを実現した。イオン種に加え、通過/捕捉電子も運動論的に取り扱うことにより、半径位置 に応じた微視的不安定性の同定が可能となり、それらが駆動する乱流中のゾーナルフロー形成過程や熱・粒子に関する乱流輸送特性が明らかとなった。拡張されたGKV-Jによる乱流シミュレーション結果は、従来の流体輸送モデルでは定量性を著しく欠いていた領域に対しても、イオン/電子熱輸送レベルに関する実験結果をよく再現することに成功している。加えて、JT-60SA配位での乱流輸送における形状度の影響を同定することにも成功した。
仲田 資季; 本多 充; 吉田 麻衣子; 浦野 創; 前山 伸也; 沼波 政倫*; 渡邉 智彦*
no journal, ,
ITERやDEMOに代表される次世代の燃焼プラズマの乱流輸送特性の解明と予測には、核融合プラズマの第一原理モデルであるジャイロ運動論に基づいた乱流輸送シミュレーションが不可欠である。本研究では、著者らが開発している第一原理乱流シミュレーションコードGKV-Jを駆使して、実際のJT-60Uトカマク平衡を用いたITG-TEM駆動乱流輸送シミュレーションを実現した。まず、微視的線形安定性解析により、プラズマ内側領域ではITGモード、中間領域ではITG-TEMモード、外側領域ではTEMモードが支配的となることを同定した。次に非線形乱流輸送シミュレーションを実施し、GKV-Jのシミュレーション結果が従来の流体輸送モデルでは定量性を著しく欠いていた領域に対しても、イオン/電子熱輸送レベルに関する実験結果をよく再現することを確認した。また、詳細な乱流データの解析により、イオン/電子熱輸送、粒子輸送といったそれぞれの輸送チャンネルに対して異なる乱流/ゾーナルフロー強度の依存性が存在することが明らかになった。
井戸村 泰宏
no journal, ,
Full-fジャイロ運動論コードを用いたイオン温度勾配駆動(ITG)乱流の数値実験によって水素プラズマと重水素プラズマの閉じ込め特性の違いを調べた。加熱パワーと装置サイズをスキャンした結果、雪崩的な比局所熱輸送の間欠的なバーストによってイオン温度分布の硬直性が発生し、その結果、閉じ込め時間のBohm的なスケーリング
が得られることがわかった。ここで、
はイオンの質量、
は規格化したジャイロ半径を示す。以上の結果から、ITG乱流の閉じ込め時間が質量に比例することを示した。
矢木 雅敏; 瀬戸 春樹; Cho, Y. W.*; Hahm, T. S*
no journal, ,
E
BフローシャーによるITG乱流の抑制に伴う内部輸送障壁形成のシミュレーション研究を行っている。今回、新古典流の効果をコードに実装し、その効果を調べたので結果を報告する。準線形効果による新古典粘性係数の変化を考慮にいれた場合に関してシミュレーションを行い、分布を固定した場合との違いに関して比較する予定である。
井戸村 泰宏
no journal, ,
full-fジャイロ運動論コードGT5Dを用いてイオン温度勾配駆動捕捉電子モード(ITG-TEM)乱流の電子変調加熱数値実験を実施し、実験と同様の密度分布のピーキング、および、プラズマ回転の変化を再現することに成功した。トロイダル角運動量保存則に基づく解析の結果、電子加熱によって主要な乱流がITG乱流からTEM乱流に変化し、粒子輸送の向きが逆転する。これに伴って、径方向イオン電流によるトルクが逆転し、プラズマ回転を変化させることがわかった。
井戸村 泰宏; Obrejan, K.; 朝比 祐一*; 松岡 清吉*
no journal, ,
準局所的full-fジャイロ運動論シミュレーションによる低コストな実験解析に向けて、ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを従来の円筒座標系から磁束座標系に拡張した。この拡張にあたり、磁気軸付近で座標系を修正して磁気軸をまたぐ境界条件を設計するとともに、座標系を最外殻磁気面の外側にも拡張した。また、運動論的電子モデルも拡張し、ポロイダル非対称な対流セルの取扱いを可能とした。
