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論文

Synergy of turbulent and neoclassical transport through poloidal convective cells

朝比 祐一*; Grandgirard, V.*; Sarazin, Y.*; Donnel, P.*; Garbet, X.*; 井戸村 泰宏; Dif-Pradalier, G.*; Latu, G.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 61(6), p.065015_1 - 065015_15, 2019/05

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

Full-fジャイロ運動論コードGYSELAを用いて輸送過程へのポロイダル対流セルの影響を調べた。この目的のために、対流セルのフィルタを適用し、フィルタ有無のシミュレーション結果を比較した。フィルタを適用することで磁気ドリフトに駆動されるエネルギー束が半減することがわかった。対流セルの周波数スペクトは乱流レイノルズ応力テンソルの周波数と対応し、対流セルが乱流によって駆動されることを示した。この対流セルの効果は乱流と新古典のダイナミクスの相互作用と考えられる。

論文

Benchmarking of flux-driven full-F gyrokinetic simulations

朝比 祐一*; Grandgirard, V.*; 井戸村 泰宏; Garbet, X.*; Latu, G.*; Sarazin, Y.*; Dif-Pradalier, G.*; Donnel, P.*; Ehrlacher, C.*

Physics of Plasmas, 24(10), p.102515_1 - 102515_17, 2017/10

AA2017-0418.pdf:4.26MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.45(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマにおける熱流駆動型のイオン温度勾配乱流を計算するために2つの大域的full-Fジャイロ運動論コードのベンチマークを行う。この目的のために、full-Fジャイロ運動論方程式を現実的な熱流束固定条件で計算するセミ・ラグランジアンコードGYSELA、および、オイラーコードGT5Dを採用する。時空間特性に注目して雪崩的な輸送現象を評価した。自己組織化臨界現象(SOC)的な振舞いを議論するために統計解析を実施し、両方のコードで高周波側で$$1/f$$スペクトルから$$1/f^3$$スペクトルへの遷移を確認した。このベンチマークに基づき、SOC的な振舞いは数値計算法に依存しないロバーストな特徴であることを検証した。

論文

Optimization of fusion kernels on accelerators with indirect or strided memory access patterns

朝比 祐一*; Latu, G.*; 伊奈 拓也; 井戸村 泰宏; Grandgirard, V.*; Garbet, X.*

IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 28(7), p.1974 - 1988, 2017/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.68(Computer Science, Theory & Methods)

セミ・ラグランジュ法における間接メモリアクセス、有限差分法におけるストライドメモリアクセスといった複雑なメモリアクセスパターンを有する核融合プラズマ乱流コードの高次元ステンシル計算をGPGPUやXeon Phiプロセッサ等の演算加速器上で最適化した。どちらのデバイスでも、Array of Structure of Array (AOSOA)データレイアウトが連続的なメモリアクセスに有効である。Xeon Phiでは時空間データ局所性の向上によるローカルキャッシュの効率的利用が必要不可欠である。GPGPUではテクスチャメモリの利用がセミ・ラグランジュ法の間接メモリアクセス性能を向上する。これらの最適化により、アクセラレータ用核融合カーネルはCPU用カーネルに比べてSandy Bridge (CPU)用最適化コードに比べて1.4x - 8.1x高速化した。

論文

Core transport properties in JT-60U and JET identity plasmas

Litaudon, X.*; 坂本 宜照; de Vries, P. C.*; Salmi, A.*; Tala, T.*; Angioni, C.*; Benkadda, S.*; Beurskens, M. N. A.*; Bourdelle, C.*; Brix, M.*; et al.

Nuclear Fusion, 51(7), p.073020_1 - 073020_13, 2011/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:63.81(Physics, Fluids & Plasmas)

内部輸送障壁の発生機構や構造形成は、装置や運転シナリオによって多様性があることが知られている。その多様性を理解するために、装置サイズがほぼ同じのJT-60と英国のJET装置において、同様の運転シナリオで形成した内部輸送障壁の輸送特性の比較を行った。特に、両装置のプラズマ形状,規格化衝突周波数,規格化ラーモア半径等の無次元変数を揃えた場合に着目した。その結果、内部輸送障壁の形成機構については、共通の形成条件があるが、定常状態での密度分布に大きな差異があることが明らかになった。この差異は、中心付近の磁気シアの違いに起因していると考えられる。

論文

Estimation of kinetic parameters based on chirping Alfv$'e$n Eigenmodes

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

周波数掃引を伴うAlfv$'e$n固有モード(周波数掃引AE)をBerk-Breizman(BB)モデルで解析した。周波数掃引非線形解を与える運動論的パラメータ領域を同定し、新たな準周期的周波数掃引領域を発見した。ここで、周波数掃引事象の準周期は線形成長率に依存する。実験とBBモデルの非線形周波数掃引特性をフィッティングすることにより線形駆動率や外部減衰率といった基礎的な運動論的パラメータを評価した。この手法をJT-60UのトロイダルAEに適用し、モードが臨界安定よりかなり不安定な状態にあることがわかった。2つの衝突モデルを比較し、実験の非線形特性を再現するには動的摩擦と速度空間拡散が必要であることがわかった。実験において計測された摂動振幅の成長率、および、減衰率を再現し、実験の平衡分布データから衝突周波数を評価することによって解析結果を検証した。

論文

Spectroscopic determination of kinetic parameters for frequency sweeping Alfv$'e$n eigenmodes

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 17(12), p.122311_1 - 122311_9, 2010/12

 被引用回数:27 パーセンタイル:22.55(Physics, Fluids & Plasmas)

We present a new method for analyzing fundamental kinetic plasma parameters, such as the linear drive and the external damping rate, based on experimental observations of chirping Alfv$'e$n eigenmodes. The method consists of fitting procedures of nonlinear chirping characteristics between the so-called Berk-Breizman model and the experiment, in a quasi-periodic chirping regime. This is the first method that does not require any internal diagnostics. The method is validated through comparisons of kinetic plasma parameters against former analyses of the Toroidicity induced Alfv$'e$n Eigenmode (TAE) on MAST. This approach is applied to the TAE on JT-60U, which yields an estimation of the kinetic parameters and suggests the existence of marginally unstable TAEs.

論文

Gyrokinetic simulations of turbulent transport; Size scaling and chaotic behaviour

Villard, L.*; Bottino, A.*; Brunner, S.*; Casati, A.*; Chowdhury, J.*; Dannert, T.*; Ganesh, R.*; Garbet, X.*; G$"o$rler, T.*; Grandgirard, V.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124038_1 - 124038_18, 2010/11

 被引用回数:16 パーセンタイル:39.82(Physics, Fluids & Plasmas)

This paper presents some of the main recent advances in gyrokinetic theory and computing of turbulence. A past controversy regarding the finite size (finite $$rho^*$$) effect in ITG turbulence has now been resolved. Now, both Eulerian and Lagrangian global codes are shown to agree and to converge to the flux-tube result in the $$rho^*$$ $$rightarrow$$ 0 limit. It is found, however, that an appropriate treatment of geometrical terms is necessary. Turbulent processes are characterized by a chaotic behavior, often accompanied by bursts and avalanches. Performing ensemble averages of statistically independent simulations, starting from different initial conditions, is presented as a way to assess the intrinsic variability of turbulent fluxes and obtain reliable estimates of the standard deviation.

論文

Gyrokinetic simulations of turbulent transport

Garbet, X.*; 井戸村 泰宏; Villard, L.*; 渡邉 智彦*

Nuclear Fusion, 50(4), p.043002_1 - 043002_30, 2010/04

 被引用回数:201 パーセンタイル:27.42(Physics, Fluids & Plasmas)

本レビュー論文では核融合プラズマにおける乱流輸送を計算するジャイロ運動論的シミュレーションの現状評価を行い、ジャイロ運動論の紹介,ジャイロ運動論方程式の主要な数値解法,ジャイロ運動論的乱流現象の基礎過程、及び、核融合装置における輸送現象と揺動計測に関してシミュレーションから得られた主要な成果を示す。

論文

Fully nonlinear features of the energetic beam-driven instability

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; Garbet, X.*

Physics of Plasmas, 16(9), p.092305_1 - 092305_12, 2009/09

 被引用回数:35 パーセンタイル:17.1(Physics, Fluids & Plasmas)

To investigate instabilities driven by high-energy particles in a fusion plasma, we apply the so-called Berk-Breizman model, which is an augmentation of the 1D Vlasov-Poisson system including distribution relaxation and extrinsic damping. The nonlinear evolution of a perturbation is obtained by a semi-Lagrangian numerical code. We categorize the nonlinear behavior of the solutions in the whole parameter space for a cold bulk, weak warm beam distribution, and recover analytic predictions.

論文

Progress in the ITER physics basis, 2; Plasma confinement and transport

Doyle, E. J.*; Houlberg, W. A.*; 鎌田 裕; Mukhovatov, V.*; Osborne, T. H.*; Polevoi, A.*; Bateman, G.*; Connor, J. W.*; Cordey, J. G.*; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S18 - S127, 2007/06

本稿は、国際熱核融合実験炉(ITER)の物理基盤に関し、プラズマ閉じ込めと輸送に関する最近7年間(1999年に発刊されたITER Physics Basis後)の世界の研究の進展をまとめたものである。輸送物理一般、プラズマ中心部での閉じ込めと輸送,Hモード周辺ペデスタル部の輸送とダイナミクス及び周辺局在化モード(ELM)、そして、これらに基づいたITERの予測について、実験及び理論・モデリングの両面から体系的に取りまとめる。

論文

Small ELM regimes with good confinement on JET and comparison to those on ASDEX Upgrade, Alcator C-mod and JT-60U

Stober, J.*; Lomas, P. J.*; Saibene, G.*; Andrew, Y.*; Belo, P.*; Conway, G. D.*; Herrmann, A.*; Horton, L. D.*; Kempenaars, M.*; Koslowski, H.-R.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(11), p.1213 - 1223, 2005/11

 被引用回数:26 パーセンタイル:32.62(Physics, Fluids & Plasmas)

JET装置では、閉じ込めがよく、かつELMの小さな運転領域を開発している。ASDEX Upgrade装置におけるtype II ELM、Alcator C-mod装置におけるEDA H-modeそしてJT-60U装置におけるgrassy ELMを再現する実験をJET装置で行った。その結果、安全係数の高い領域でポロイダルベータ値を高くするという、JT-60U装置で開発されたgrassy ELMの運転シナリオを用いたときに、振幅の小さなELMを得ることに成功した。プラズマ電流の高い領域での試験はされていないが、この運転シナリオはITERに適用できる可能性を持っている。

論文

A Review of internal transport barrier physics for steady-state operation of tokamaks

Connor, J. W.*; 福田 武司*; Garbet, X.*; Gormezano, C.*; Mukhovatov, V.*; 若谷 誠宏*; ITB Database Group; ITPA Topical Group on Transport and Internal Barrier Physics*

Nuclear Fusion, 44(4), p.R1 - R49, 2004/04

 被引用回数:253 パーセンタイル:23.26(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクにおける内部輸送障壁(ITB)の形成とその特性に関する実験と理論研究の現状について初めてレビューする。特にITBの理論モデリングに関する現状とITBの実験データを世界の9台のトカマク装置から集めた国際ITBデータベースについて述べるとともに、このデータベースを用いてITB形成に必要な実験条件と理論モデルとの比較について述べる。またトカマクの定常運転に関する実験の状況についてレビューし、ITER定常運転シナリオを達成するための課題と展望について議論する。

論文

Edge localized mode physics and operational aspects in tokamaks

B$'e$coulet, M.*; Huysmans, G.*; Sarazin, Y.*; Garbet, X.*; Ghendrih, P.*; Rimini, F.*; Joffrin, E.*; Litaudon, X.*; Monier-Garbet, P.*; An$'e$, J.-M.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12A), p.A93 - A113, 2003/12

 被引用回数:83 パーセンタイル:6.89(Physics, Fluids & Plasmas)

炉心級のプラズマにおけるELMに関する実験的,理論的な研究の進展をレビューした論文である。最近の理論的なアプローチでは、線形MHD安定性解析だけでなく、ELMを含んだ非線形輸送モデルが提案されている。これらのモデルと高速なペデスタル圧力分布の崩壊,磁気揺動,スクレイプオフ層の輸送といった実験的観測との比較が行われた。現在得られているtype I ELMのスケーリングをITERに外挿するとダイバータ板への熱負荷が問題となる。近年、高三角度及び高密度領域において、高閉じ込めを維持したまま小さなELMが得られる領域が各装置で見つかっており、これら小振幅ELMの特徴とITERへの適用性に関して議論している。一方、内部輸送障壁とELMの両立性が幾つかの装置で問題になっているが、ELMの振幅を低減することで両立することが可能になった事例を報告している。さらに、周辺電流,ペレット入射,不純物入射,外部磁場摂動等を用いたELMの動的制御法の開発とITERへの適用性について議論している。

論文

Recent progress toward high performance above the greenwald density limit in impurity seeded discharges in limiter and divertor tokamaks

Ongena, J.*; Budny, R.*; Dumortier, P.*; Jackson, G. L.*; 久保 博孝; Messiaen, A. M.*; 村上 和功*; Strachan, J. D.*; Sydora, R.*; Tokar, M.*; et al.

Physics of Plasmas, 8(5), p.2188 - 2198, 2001/05

 被引用回数:46 パーセンタイル:19.04(Physics, Fluids & Plasmas)

ドイツのトカマク装置TEXTORでは、不純物入射によってグリーンワルド密度限界を超える高密度領域でHモードに相当する高い閉じ込め性能を得ている(RIモード)。このプラズマは閉じ込め性能の改善と第一壁の熱負荷の低減という観点で優れており、ほかのトカマク装置でもELMy Hモード、Lモードに不純物を入射する実験が行われている。JETでは、グリーンワルド密度限界近くまでELMy Hモードの閉じ込め性能を維持できた。JT-60Uでは、Ar入射によって高密度領域でELMy Hモードプラズマの閉じ込め性能を改善した。JET及びD III-Dでは、ダイバータ配位のLモードプラズマにおいて不純物入射に伴う輸送係数の減少を観測した。本論文では、これら不純物入射による閉じ込め性能の改善についてレビューする。

口頭

Nonlinear features of the energetic beam-driven instability

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; Garbet, X.*

no journal, , 

燃焼プラズマにおける高エネルギー粒子が励起するアルヴェン波の簡約化問題として知られている外部減衰効果と散逸項を伴う高エネルギービーム駆動不安定性の運動論的プラズマシミュレーションを行い、その非線形発展を簡約化理論モデルと比較した。

口頭

Nonlinear features of the energy beam-driven instability

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; Garbet, X.*

no journal, , 

To investigate instabilities driven by high-energy particles in a fusion plasma, we apply the so-called Berk-Breizman model, which is an augmentation of the 1D Vlasov-Poisson system including distribution relaxation and extrinsic damping. The nonlinear evolution of a perturbation is obtained by a semi-Lagrangian numerical code. We categorize the nonlinear behavior of the solutions in the whole parameter space for a cold bulk, weak warm beam distribution, and recover analytic predictions.

口頭

The Energetic beam-driven instability, kinetic nonlinearities and subcritical instability in JT-60U

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*

no journal, , 

To investigate instabilities driven by high-energy particles in a fusion plasma, we apply the so-called Berk-Breizman model, which is an augmentation of the 1D Vlasov-Poisson system including distribution relaxation and extrinsic damping. The nonlinear evolution of numerical solutions featuring frequency sweeping is compared with JT-60U experiments. Similarities between simulation and experiment is found in the subcritical regime.

口頭

Reduced model analysis of chirping Alfv$'e$n eigenmodes; Application to MAST

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*

no journal, , 

We present a new method for analyzing fundamental kinetic plasma parameters such as the linear drive and the external damping rate based on experimental observations of chirping Alfv$'e$n eigenmodes. The method consists of fitting procedures of nonlinear chirping characteristics between the so-called Berk-Breizman model and the experiment. The method is validated through a comparison of the linear drive against former analyses on the Toroidicity induced Alfv$'e$n eigenmode on MAST.

口頭

Estimation of kinetic parameters based on chirping Alf$'v$en eigenmodes

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*

no journal, , 

We present a new method for analyzing fundamental kinetic plasma parameters such as the linear drive and the external damping rate based on experimental observations of chirping Alfv$'e$n eigenmodes. The method consists of fitting procedures of nonlinear chirping characteristics between the so-called Berk-Breizman (BB) model and the experiment. The method is validated through comparisons of kinetic plasma parameters against former analyses on the toroidicity induced Alfv$'e$n eigenmode on MAST. We focus on the dissipation mechanism of a chirping phase-space structure.

口頭

Estimation of kinetic parameters based on chirping Alfven eigenmodes

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; 篠原 孝司; Garbet, X.*

no journal, , 

We present a new method for analyzing fundamental kinetic plasma parameters such as the linear drive and the external damping rate based on experimental observations of chirping Alfven eigenmodes. The method consists of fitting procedures of nonlinear chirping characteristics between the so-called Berk-Breizman model and the experiment. The method is validated through comparisons of trapped particle bounce frequency against former analyses on the Toroidicity-induced Alfven Eigenmode (TAE) on MAST. The method is applied to JT-60, suggesting the existence of marginally unstable TAEs.

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