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gyrokinetic simulations of ohmic L-mode plasmas in linear and saturated ohmic confinement regimes井戸村 泰宏; Dif-Pradalier, G.*; Garbet, X.*; Sarazin, Y.*; Tore Supra Teams*
Physics of Plasmas, 30(4), p.042508_1 - 042508_18, 2023/04
被引用回数：2 パーセンタイル：25.38(Physics, Fluids & Plasmas)非線形大域的full-ジャイロ運動論シミュレーションを用いて、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)領域の2時刻を解析した。トロイダルフィールド応力による早いイオン混合が炭素不純物の吐き出しを引き起こす。LOC/SOCフェーズで自発プラズマ回転が逆方向に発展し、これはLOCフェーズの捕捉電子モードとSOCフェーズのイオン温度勾配駆動モードにおけるモード非対称性の違いがもたらす分布シア応力の変化によって決まる。LOC/SOCフェーズにおいて電子と重水素イオンのエネルギー束がそれぞれ支配的になる。この2つのフェーズにおけるエネルギー閉じ込め時間の比率について実験値を再現した。
朝比 祐一; 藤井 恵介*; Heim, D. M.*; 前山 伸也*; Garbet, X.*; Grandgirard, V.*; Sarazin, Y.*; Dif-Pradalier, G.*; 井戸村 泰宏; 矢木 雅敏*
Physics of Plasmas, 28(1), p.012304_1 - 012304_21, 2021/01
被引用回数：5 パーセンタイル：42.81(Physics, Fluids & Plasmas)プラズマ乱流の運動論的シミュレーションによって得られた5次元分布関数の時系列データに主成分分析を適用した。これにより、3桁におよぶデータ圧縮を実現しつつ、83%の累積寄与率を保持できた。各主成分ごとの熱輸送への寄与を調べることで、雪崩的熱輸送には速度空間の共鳴構造が関連していることが明らかとなった。
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：4 パーセンタイル：24.21(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。
Donnel, P.*; Garbet, X.*; Sarazin, Y.*; 朝比 祐一; Wilczynski, F.*; Caschera, E.*; Dif-Pradalier, G.*; Ghendrih, P.*; Gillot, C.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 61(1), p.014003_1 - 014003_11, 2019/01
被引用回数：12 パーセンタイル：62.35(Physics, Fluids & Plasmas)
流のポロイダル非対称性は新古典輸送に影響することが知られている。従来の新古典理論によると、静電ポテンシャルのポロイダル非対称性の大きさは非常に小さいと予測される。本研究では乱流による軸対称ポテンシャル生成の枠組みを提示する。帯状流,測地的音響モード、および、対流セルが単一モデルで記述される。これは準中性条件と連立したジャイロ運動論方程式を解くことによって得られる。この計算は乱流によるある特定の駆動が与えられた場合の流れの周波数スペクトルの予測計算結果をもたらす。また、中間的な周波数では主要な機構が帯状流による圧縮となるのに対し、低周波数では乱流レイノルズ応力のバルーニング構造が主要な駆動機構となることも示された。
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
被引用回数：9 パーセンタイル：39.17(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
スペクトルから
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。
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：7 パーセンタイル：53.70(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。
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：9 パーセンタイル：37.08(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。
n EigenmodesLesur, 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Alfvn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。
n eigenmodesLesur, 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：34 パーセンタイル：74.62(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 Alfvn 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 Alfvn 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.
Villard, L.*; Bottino, A.*; Brunner, S.*; Casati, A.*; Chowdhury, J.*; Dannert, T.*; Ganesh, R.*; Garbet, X.*; G
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：21 パーセンタイル：61.24(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 
) 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 
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.
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：276 パーセンタイル：72.58(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。
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：39 パーセンタイル：79.51(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.
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。
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：312 パーセンタイル：74.42(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。
Bcoulet, M.*; Huysmans, G.*; Sarazin, Y.*; Garbet, X.*; Ghendrih, P.*; Rimini, F.*; Joffrin, E.*; Litaudon, X.*; Monier-Garbet, P.*; An, J.-M.*; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12A), p.A93 - A113, 2003/12
被引用回数：84 パーセンタイル：90.83(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。
朝比 祐一*; Garbet, X.*; 井戸村 泰宏; Grandgirard, V.*; Latu, G.*; Sarazin, Y.*; Dif-Pradalier, G.*; Donnel, P.*; Ehrlacher, C.*; Passeron, Ch.*
no journal, ,
CEAおよび原子力機構で開発した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実施した。イオン温度勾配駆動モードの線形安定性、帯状流の線形減衰、衝突性輸送といった線形過程については2つのコード間の定量的一致を確認した。非線形乱流シミュレーションの予備的なベンチマークでは境界条件や熱源モデル等の計算モデルの違いに起因する計算結果の違いを確認し、今後の定量的な非線形ベンチマークに向けた課題を明らかにした。
朝比 祐一*; Latu, G.*; 伊奈 拓也; 井戸村 泰宏; Grandgirard, V.*; Garbet, X.*
no journal, ,
セミ・ラグランジュ法, 有限差分法といったステンシル計算に基づく核融合プラズマ乱流コードの計算カーネルをGPUGPU, Xeon Phi, FX100といった最新メニーコアプロセッサ上で最適化し、1.4x - 8.1xの処理性能向上を達成した。数値計算法によって異なるメモリアクセスパターンと各ハードウェアのメモリ-キャッシュ機構の親和性を確認し、各環境で異なる最適化技術を開発した。XeonPhiではスレッド間のロードバランスを向上し、ローカルキャッシュ有効利用のための最適化技術を開発した。GPGPUではテクスチャメモリを活用した最適化技術やレジスタを再利用する実装を開発した。一方、FX100では従来のCPU向け最適化をそのまま利用できることがわかった。
朝比 祐一; Latu, G.*; 伊奈 拓也; 井戸村 泰宏; Grandgirard, V.*; Garbet, X.*
no journal, ,
テラフロップス級のメニーコアアーキテクチャにおいて、核融合プラズマコード、GYSELA、GT5Dのカーネル最適化を行った。本研究で用いたアーキテクチャは、アクセラレータ(Xeon Phi、GPU)と最新型のマルチコアCPU (FX100)である。GYSELAカーネルは、セミラグランジアンスキームを用いており、高い演算密度を有する。GYSELAカーネルのXeon Phi上での最適化を通じ、Xeon Phiにおいて有効なコードのベクトル化の重要性を示す。一方、GT5Dカーネルは差分法に用いており、複雑なメモリ読み込みの効率化が欠かせない。GT5DカーネルのGPU上での最適化を通じ、GPU上で有効なshared memoryを用いたメモリアクセスの効率化手法を示す。
Grandgirard, V.*; 朝比 祐一; Bigot, J.*; Bourne, E.*; Dif-Pradalier, G.*; Donnel, P.*; Garbet, X.*; Ghendrih, P.*
no journal, ,
将来の核融合装置のためにはプラズマ乱流輸送や熱輸送を理解することが重要である。プラズマコアの乱流については非線形の5次元ジャイロ運動論コードによってモデル化可能である。一方で、境界壁付近のプラズマのエッジ領域のモデル化は困難となっている。これらを同時にモデル化するためにはエクサスケール計算機が必須である。エクサスケール計算の準備として、OpenMP4.5taskレベル並列に関する取り組みや、Kokkosによる性能可搬実装のためのコード再設計について説明する。
井戸村 泰宏; Dif-Pradalier, G.*; Garbet, X.*; Sarazin, Y.*; Tore Supra Teams*
no journal, ,
富岳におけるfull-fジャイロ運動論的シミュレーションにより、ToreSupraトカマクにおけるジュール加熱プラズマのLOC-SOC(linear and saturated ohmic confinement)遷移現象を解析し、低密度かつ高ZeffのLOCフェーズと高密度かつ低ZeffのSOCフェーズで主要な乱流が捕捉電子モード乱流からイオン温度勾配駆動乱流に遷移することを確認した。さらに、数値実験においてLOC-SOC遷移に伴うエネルギー閉じ込め時間や自発プラズマ回転の変化、および炭素不純物の吐き出しといった実験的に観測されているプラズマパラメータの変化を再現することに成功した。
