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論文

Self-organization of zonal flows and isotropic eddies in toroidal electron temperature gradient driven turbulence

河合 智賀*; 井戸村 泰宏; 小川 雄一*; 山田 弘司*

Physics of Plasmas, 27(8), p.082302_1 - 082302_11, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

弱磁気シアにおける大域的ジャイロ運動論モデルに基づいてトロイダル電子温度勾配駆動(ETG)乱流を調べた。大域的分布効果のために高トロイダルモード数nのトロイダルETGモードは外側の磁気面で励起され、強い線形分散をもたらす。この結果得られる非等方な波-乱流境界とエネルギー逆カスケードが帯状流の自己組織化を生成する。これは大域的ジャイロ運動論モデル特有の機構である。この自己組織化はランダムノイズによって初期化した減衰乱流とトロイダルETG乱流の両方で確認された。また、イオン電子温度比と乱流強度が決める臨界パラメータによってこの自己組織化過程が帯状流と等方的渦を生成することも示した。

論文

Impact of plasma parameter on self-organization of electron temperature gradient driven turbulence

河合 智賀*; 井戸村 泰宏; 前山 伸也*; 小川 雄一*

Physics of Plasmas, 24(4), p.042303_1 - 042303_13, 2017/04

AA2017-0111.pdf:7.14MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.76(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動シミュレーションとHasegawa-Mima (HM)方程式に基づいてスラブ電子温度勾配駆動(ETG)乱流の自己組織化を調べた。自己組織化乱流構造のスケールと異方性は、Rhinesスケールと、HM方程式の断熱応答項によって与えられる特徴的なスケールによって変化する。前者は線形波分散と非線形乱流カスケードの競合によって決定され、後者は乱流カスケードが妨げられるスケールとして与えられる。これらのスケールは、密度勾配、温度勾配、イオンと電子の温度比などのプラズマパラメータによって制御される。プラズマパラメータに依存して、ETG乱流は大きく異なる輸送レベルを与える等方的乱流、もしくは、帯状流のいずれかを示すことがわかった。プラズマパラメータにかかわらず変調不安定性が帯状流を励起するが、最終的な乱流構造は自己組織化過程によって決定される。

口頭

Gyrokinetic simulation of electron turbulence spectrum

河合 智賀; 前山 伸也; 井戸村 泰宏; 小川 雄一*

no journal, , 

磁場閉じ込めプラズマ中における帯状流などの構造を形成する過程として、エネルギースペクトルの逆カスケードによる自己組織化現象がその候補として考えられている。一方、第一原理モデルに基づくプラズマ乱流シミュレーションにおいてこれまで乱流スペクトルと自己組織化の関連については検討が進んでいなかった。当研究では、高解像度のVlasovコードを用いたシミュレーションによって電子系乱流のスペクトル構造を明らかにし、その低波長側の構造と自己組織化現象の関連について調べた。

口頭

電子乱流スペクトルのジャイロ運動論的シミュレーション

河合 智賀; 井戸村 泰宏; 前山 伸也; 小川 雄一*

no journal, , 

核融合プラズマの閉じ込め特性を評価する上で乱流輸送をもたらす乱流スペクトルの理解が重要な課題となっている。本研究では、格子モデルに基づく高精度なジャイロ運動論シミュレーションによって電子乱流から帯状流が形成される自己組織化過程を詳細に解析し、帯状流の形成をもたらす乱流スペクトルの構造を明らかにした。

口頭

電子乱流スペクトルのジャイロ運動論シミュレーション

河合 智賀; 前山 伸也; 井戸村 泰宏; 小川 雄一*

no journal, , 

準2次元乱流スペクトルにおけるエネルギー逆カスケードによる自己組織化現象は磁場閉じ込めプラズマ中での帯状流などの構造を形成する機構と考えられている。一方、第一原理モデルに基づくプラズマ乱流シミュレーションにおいてこれまで乱流スペクトルと自己組織化の関連は検討が進んでいなかった。本研究では、プラズマ乱流の流体近似であるHasegawa-Mima方程式から導かれる自己組織化による流れの構造形成とエネルギースペクトルの関連性を電子乱流のジャイロ運動論的Vlasovシミュレーションによって検証した。

口頭

電子乱流スペクトルのジャイロ運動論的シミュレーション

河合 智賀; 井戸村 泰宏; 前山 伸也*; 小川 雄一*

no journal, , 

磁化プラズマ乱流における流れの構造形成と自己組織化の関連を検討するため、電子乱流のエネルギースペクトル構造をジャイロ運動論的シミュレーションによって評価した。プラズマ密度や電子とイオンの温度比によって反磁性回転に起因する波の分散が変わり帯状流の構造形成の有無に影響すること、また乱流の飽和振幅の大小に依存して自己組織化によるエネルギーの逆カスケードのほか変調不安定性のような直接相互作用から帯状流が形成される過程が見られることが確認された。これらの結果より、電子乱流の構造がプラズマの巨視的パラメータによって大きく変化することを明らかにした。

口頭

電子乱流スペクトルのジャイロ運動論的シミュレーション

河合 智賀; 井戸村 泰宏; 前山 伸也*; 小川 雄一*

no journal, , 

本研究では磁化プラズマ乱流における流れの構造形成と自己組織化の関連を検討するため、電子乱流のエネルギースペクトル構造をジャイロ運動論シミュレーションによって評価した。これにより、運動論的なプラズマ乱流においても準2次元系の自己組織化現象の特徴であるエネルギーの逆カスケード、および、プラズマの反磁性回転に起因するドリフト波の分散による長波長側での非等方的なエネルギースペクトル構造の形成が帯状流の形成に寄与すること、また、温度比や揺動振幅の大きさなどのパラメータによってドリフト波の線形分散が変化することで乱流の構造が大きく変化することを明らかにした。

口頭

GT5DISOの研究成果

井戸村 泰宏; 松岡 清吉; 伊奈 拓也; Garbet, X.*; Brunner, S.*; Villard, L.*; 河合 智賀*

no journal, , 

本講演では、平成26年度-28年度に実施したGT5DISOプロジェクトの研究成果を概説する。本プロジェクトではジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dを用いて乱流輸送の同位体効果を研究してきた。平成26年度には、断熱応答電子のイオン温度勾配駆動(ITG)乱流には同位体効果が見られず、運動論的捕捉電子が駆動する捕捉電子モード(TEM)がこの問題において重要となることを示した。平成27年度には、GT5Dにおいて新たなハイブリッド運動論的電子モデルを開発し、ITG-TEM乱流計算の精度検証を実施した。平成28年度には、TEM乱流が粒子と運動量の輸送において重要な役割を果たす電子変調加熱実験に対する運動論的電子モデルの実証研究を実施した。最後に、ITG-TEM乱流計算の同位体スキャンを実施し、水素プラズマと重水素プラズマで閉じ込め特性が異なる傾向を確認した。

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