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

https://doi.org/10.1063/1.4998015

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。

Kinetic modelling of divertor fluxes during ELMs in ITER

細川 哲成*; Loarte, A.*; Huijsmans, G.*; 滝塚 知典*; 林 伸彦

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 38F, p.P5.003_1 - P5.003_4, 2014/06

http://ocs.ciemat.es/EPS2014PAP/pdf/P5.003.pdf

The Type I ELMy H-mode is the reference inductive operation for ITER, but the periodic ELM power loads on plasma facing components need to be understood and controlled. Understanding of the mechanisms of ELM particle and heat loads is required: electron/ion contributions, in/out asymmetry and timescale of ELM heat fluxes. Modelling of typical edge plasma conditions during ITER ELMs has been carried out with PARASOL (PARticle Advanced code for SOL and divertor plasmas) code, which has been developed in JAEA. Simulations show that ions carry larger heat flux than electrons for large ELM particle loss, whereas ions and electrons deposit comparable heat flux for small ELM particle loss. The total energy loss to the two divertors is similar for the two divertors for ELM energy loss larger than 10 MJ independent inter-ELM divertor conditions. Even though inner peak heat flux is larger than outer one in some cases, inner time-integrated heat load is smaller than outer one. This is due to strong current flow in SOL during ELM.

Nonlinear acceleration of the electron inertia-dominated magnetohydrodynamic modes due to electron parallel compressibility

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 12(9), p.092505_1 - 092505_7, 2005/09

https://doi.org/10.1063/1.2042167

磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。

Research on one-dimensional two-phase flow; Theory on hydrodynamic balance in two-fluid model and its application

安達 公道

JAERI 1313, 147 Pages, 1988/10

JAERI-1313.pdf:4.91MB

本論文の第I部では、一次元二相流(2流体モデル)の水力学的な基礎方程式の基本形式について述べる。議論の中心は運動の式の相変化慣性力項の取扱いにある。従来の運動の式に較べて、(1)単位質量あたりの力の平衡を表現する、(2)存在量基準と流量基準の2種類の二相検査流体を取上げる、(3)定常慣性力の評価に運動エネルギの原理を適用する。という3点において、著しい特徴を持つ運動の式を導いた。これによって、主流各相と相変化流体部分との間の作用反作用の関係が正しく取込まれ、その結果として、慣性力と外力との平衡関係が正しく表現される。本論文の第II部では、第I部で導いた基礎方程式群を用いて、各種の二相臨界流を解析する。

ICARUS・2:多目的高温ガス実験炉プラント動特性解析コード

岡田 高志; 三竹 晋; 高野 誠; 大橋 一孝*

JAERI-M 84-170, 127 Pages, 1984/09

JAERI-M-84-170.pdf:2.63MB

多目的高温ガス実験炉プラントの動特性を解析する計算コードICARUS・2に対して、使用されている解析モデル、数値解法および物性値等について示すと共に、各種コンポーネント単位での応答特性および各種事象に対するプラント全体での応答特性も示した。本ICARUS・2コードでは、原子炉、1次および2次ヘリウムループさらに3次ループである水・蒸気系までをモデル化しており、原子炉に対し左右対称に存在するAループおよびBループの2冷却ループをモデル化可能である。また、動特性の解析結果へ比較的大きな影響を与える制御システムについても任意のシステムをモデル化して解析することができる。

Full-f gyrokinetic simulation including kinetic electrons

井戸村 泰宏; 朝比 祐一*; 林 伸彦*; 浦野 創*

no journal, , 

Full-fジャイロ運動論シミュレーションは核融合プラズマにおける非局所的乱流輸送現象、プラズマ分布、閉じ込め時間を解析する上で重要なツールであるが、従来のFull-fシュミュレーションは断熱応答電子を仮定するイオン系乱流しか扱えなかった。ITERで重要となる電子系乱流を解析するために、本研究ではFull-fシミュレーションの新たなハイブリッド電子モデルを開発し、その精度検証を実施した。このモデルでは、乱流場を決定するポアソン方程式において高周波ノイズを励起する通過電子応答を解析解で近似することによって高周波ノイズを消去し、長時間スケールのFull-fシミュレーションを実現した。このモデルを用いた電子系乱流の数値実験により、電子乱流輸送に関連する新たな乱流抑制機構や運動量輸送機構を発見した。また、実証研究において実験的に観測されている電子加熱がもたらすプラズマ回転変化を再現できることを示した。