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井戸村 泰宏
Europhysics Conference Abstracts (Internet), 45A, 4 Pages, 2021/06
本研究ではイオン温度勾配駆動乱流が支配的な水素(H)および重水素(D)プラズマの閉じ込めに対する水素同位体質量と規格化プラズマサイズの影響を示した。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を用いてイオンおよび電子加熱条件のHおよびDプラズマの数値実験を実施した。イオン加熱数値実験は水素同位体質量にほとんど依存せず、エネルギー閉じ込めは主にイオンジャイロ半径で規格化したプラズマサイズによって決まる。これは非局所的輸送の影響を示す。一方、電子加熱数値実験は明確な水素同位体質量依存性を示した。プラズマサイズ効果に加えて、電子からイオンへの衝突性エネルギー移行の水素同位体質量依存性がイオン熱流束と乱流強度を変化させ、Hプラズマの閉じ込めを劣化させる。これらの結果は実験における水素同位体依存性に定性的に一致する。
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：2 パーセンタイル：8.10(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。
井戸村 泰宏
Physics of Plasmas, 26(12), p.120703_1 - 120703_5, 2019/12
被引用回数：8 パーセンタイル：37.59(Physics, Fluids & Plasmas)本論文では大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションを用いてイオン温度勾配駆動(ITG)乱流が支配的な水素(H)および重水素(D)のLモードプラズマにおける水素同位体と規格化ジャイロ半径
の影響を示す。断熱応答電子を用いたイオン加熱数値実験では、エネルギー閉じ込め時間はBohm的なスケーリングで決まり、水素同位体質量依存性は見られない。運動論的電子を用いた電子加熱数値実験は電子からイオンへの衝突性エネルギー移行に対する同位体効果に起因する明確な同位体質量依存性を示し、約1.4倍の加熱パワー比でH, Dプラズマは同様のイオン,電子温度分布を示す。H, Dプラズマの規格化無衝突イオンジャイロ運動論方程式はが同じ場合に等価となり、ITG乱流に対する衝突効果も弱い。このため、水素同位体質量依存性は主にスケーリングと加熱源によって決まる。
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：12 パーセンタイル：47.94(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。
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
被引用回数：2 パーセンタイル：8.37(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。
井戸村 泰宏
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2403006_1 - 2403006_5, 2016/02
本研究ではイオン温度勾配駆動捕捉電子モードによって励起された減衰乱流の飽和機構を調べた。シミュレーションの非線形準定常状態において乱流輸送が抑制され、そこでは線形臨界温度勾配パラメータを上回る温度分布が形成される。このような非線形の臨界温度勾配は波状の密度分布がもたらす強いシアをもつ径電場によって維持される。この密度分布構造は通過電子の非断熱的応答が重要になる低次のモード有理面近傍の電子輸送と関係していることがわかった。
シミュレーション井戸村 泰宏
プラズマ・核融合学会誌, 81(8), p.581 - 592, 2005/08
ジャイロ運動論的粒子シミュレーションはトカマクプラズマの微視的乱流を研究するための有効な手段である。ジャイロ運動論的粒子シミュレーションにおける標準的な手法となっている法は、粒子ノイズの低減により粒子シミュレーションの効率を大幅に向上させ、完全トーラス配位の乱流シミュレーションを可能にした。本稿では法を概説し、完全トーラス配位のジャイロ運動論的粒子シミュレーションにおける問題点を議論する。
Villard, L.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; Allfrey, S. J.*; Hatzky, R.*; 井戸村 泰宏; Sauter, O.*; Tran, T. M.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(12B), p.B51 - B62, 2004/12
被引用回数：31 パーセンタイル：66.88(Physics, Fluids & Plasmas)ジャイロ運動論に基づく近年の第一原理プラズマ乱流シミュレーションの現状をレビューするとともに、ジャイロ運動論におけるv//非線形性,ジャイロ運動論的Poisson方程式における幾何効果の厳密な取り扱いといった、これまでの近似的に無視されてきた問題がシミュレーション結果に及ぼす影響を定量的に議論した。これらの効果の注意深い取り扱いの結果、エネルギー・密度保存を満足する乱流シミュレーションが可能になった。新しいシミュレーションでは(1)乱流の広がりが熱流速のバーストと圧力分布の局所平坦化の連鎖的な雪崩現象で生じる,(2)非線形の駆動されるE
B流はイオンラーマー半径の30倍程度のスケール長のグローバルなシア流になるといった、以前のシミュレーションでは見られなかった現象が明らかになった。
宮戸 直亮; Li, J. Q.*; 岸本 泰明
IAEA-CN-116/TH/8-5Rb (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11
グローバル電磁ランダウ流体コードを用いて、トカマクプラズマ中の電磁的イオン温度勾配駆動乱流-帯状モード系を調べた。トカマクプラズマ中では2種類の帯状流、すなわち低安全係数領域における静的な帯状流及び高安全係数領域におけるgeodesic acoustic mode(GAM)と呼ばれる振動帯状流、が存在しうる。静的な帯状流が乱流輸送を効率的に抑制する一方、振動帯状流による乱流抑制は弱い。そのため、静的帯状流が駆動される低安全係数領域では帯状流が乱流を圧倒するが、振動帯状流が駆動される高安全係数領域では乱流は活発なままである。
井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.17 - 72, 2004/00
トカマクプラズマにおいてITG-TEM(イオン温度勾配駆動-捕捉電子モード)乱流により生じるイオン及び電子異常輸送を調べるためにグローバルジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dを開発した。このコードによる予備的なITG-TEMの線形計算においてITG-TEMの基本的な性質を確認した。捕捉電子はITGモードの成長率を増大させるだけでなく、別の電子モード、TEMを励起する。
あるいは
により支配的なモードはITGからTEMに変化する。サイクロンパラメータを用いた線形ベンチマークにおいてGT3D, GTC(PPPL-CUI)、及びFULL(PPPL)コードの間で良い一致が得られた。
Jolliet, S.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; 井戸村 泰宏; Villard, L.*
Theory of Fusion Plasmas, ISPP21, p.345 - 351, 2004/00
グローバル粒子シミュレーションはイオン系乱流の時間発展を解析するうえで非常に有効な手法であるが、非常に計算コストが高い。このため、より洗練されたシミュレーションを実現するためには、さらにコードを最適化する必要がある。論文ではVlasov方程式を円柱座標(r,z)で解き、Poisson方程式を磁束座標(r,
)で解くLORB5コードに関して、どちらの方程式も単一の磁束座標(s,
)で取り扱うモデルを提案する。ここで、はstraight-field-lineポロイダル座標を示す。磁気軸での特異性を避ける手法、Cycloneパラメータを用いたベンチマークについても報告する。
井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明
Nuclear Fusion, 43(4), p.234 - 243, 2003/04
被引用回数：129 パーセンタイル：94.82(Physics, Fluids & Plasmas)ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dを開発した。GT3Dでは、軸対称トロイダル系における運動の恒量により定義される正準マックスウェル分布に基づく手法,高
モードのグローバル解析を可能にする準バルーニング展開、あるいは、粒子,エネルギーなどの保存則を改善する最適化粒子配分法といった新しい手法が実装されており、実装置パラメータにおける高精度のプラズマ乱流シミュレーションが可能になっている。本コードを大型トカマク
におけるITG(イオン温度勾配駆動)モードの解析に適用し、反転磁気シア配位は
領域におけるITGモードの実質的な安定化に寄与することを明らかにした。また、GT3Dでは正準マックスウェル分布を用いた実装により、軸対称モード、特に、乱流抑制に寄与する乱流駆動
帯状流の応答が正しく表現されている事を確認し、従来の局所マックスウェル分布を用いた乱流シミュレーションにおける重要な問題点を明らかにした。
平山 俊雄; 白井 浩; 矢木 雅敏; 清水 勝宏; 小出 芳彦; 菊池 満; 安積 正史
Nuclear Fusion, 32(1), p.89 - 106, 1992/00
被引用回数：7 パーセンタイル：32.24(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク・プラズマの追加熱時において、閉じ込め特性が劣化する原因を詳細に調べた結果、以下の点を明らかにした;1)追加熱パワーの増大に伴う閉じ込め時間の低下は、主にイオンの熱輸送特性の劣化に起因する。2)プラズマ電流の増加にほぼ比例した閉じ込め時間の改善は、イオン及び電子、両者の熱輸送特性の改善による。3)イオンの熱輸送係数は密度依存性を示す。4)イオンの異常輸送を担う物理機構として、イオン温度勾配不安定モードに起因した異常輸送理論と実験結果との比較を行い、広範な放電領域において両者の一致が確認できた。但し、1MAのリミター放電については、一致しない。
-driven microscopic drift-tearing mode伊藤 公孝; 伊藤 早苗*
Journal of the Physical Society of Japan, 51(5), p.1639 - 1643, 1982/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)エネルギー依存性を持つ電子-イオン衝突周波数のモデルを用い、短波長のドリフトテアリングモードの安定性を解析した。電子温度勾配が存在すると、1≦V/W
≦20程度の衝突周波数の領域で、磁気シアの存在にもかかわらず、このモードは不安定になり得る。プラズマ圧力については、不安定化のための下限及び上限があって、中間程度の
値で不安定性があらわれる。代表的なプラズマパラメータでは、値が10%程度のときに安定となる。
武谷 清昭; 市川 逵生
Journal of Nuclear Science and Technology, 6(2), p.55 - 62, 1969/00
抄録なし
井戸村 泰宏
no journal, ,
本研究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において、静電的イオン温度勾配駆動捕捉電子モード(ITG-TEM)乱流シミュレーションのための運動論的電子モデルを開発する。本モデルでは衝突過程と径電場の計算に完全な運動論的電子モデルを用いるが、運動論的アルフベン波の静電的極限で現れる高周波モードを回避するために、乱流揺動は捕捉電子のみの運動論的応答によって計算する。このモデルを用いて断熱的電子モデルと運動論的電子モデルによるITG乱流のfull-fジャイロ運動論シミュレーションの比較を行い、イオン乱流輸送への運動論的電子の影響を議論する。
井岡 郁夫; 加藤 仁; 小河 浩晃
no journal, ,
使用済み燃料プール(SFP)の冷却機能が喪失した場合、崩壊熱を有する使用済み燃料ピンは冷却水の蒸発に伴い水蒸気及び空気環境下に曝される。SFPのドライアウト時の燃料ピン酸化挙動は、温度傾斜場とそれにより発生する応力勾配のため、等温酸化と異なる可能性がある。そこで、軸方向温度傾斜場でのジルカロイ2被覆管の酸化挙動を調べた。酸化試験は、Arガス0.5L/minをキャリアガスとして飽和水蒸気中、600
Cで実施した。軸方向の温度勾配は、約100C/cmであった。試験中に発生した水素ガス量変化はほぼ同じであったが、温度勾配のある試験では、水素発生量は若干増加した。酸化皮膜厚さ及び皮膜構造には顕著な差が認められなかった。温度勾配(100C/cm)のある場合でも、ジルカロイ2被覆管の酸化挙動はほとんど変わらなかった。
井戸村 泰宏
no journal, ,
full-fジャイロ運動論コードによって断熱的電子モデルのイオン温度勾配駆動(ITG)乱流と運動論的電子モデルのイオン温度勾配駆動捕捉電子モード(ITG-TEM)乱流の減衰乱流シミュレーションを行った。どちらの計算でも線形臨界温度勾配を上回る非線形臨界温度勾配を確認し、これを維持する乱流安定化機構を調べた。この結果、ITG乱流における帯状流とは異なり、ITG-TEM乱流では波状の電子密度分布が形成され、力のバランス関係に従って、強いシア率をもった径電場が形成されることがわかった。
井戸村 泰宏
no journal, ,
捕捉電子モード(TEM)を含む静電的な乱流輸送解析を目的としてジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dにおける運動論的電子モデルを開発した。このモデルは乱流場の計算において捕捉電子の運動論的応答と通過電子の断熱応答を仮定し、イオン-電子系の衝突過程は異種粒子フォッカー・プランク演算子で記述する。捕捉電子モードの線形成長率、イオン-電子系の新古典輸送等の再現に成功し、減衰乱流シミュレーションによって非線形の臨界温度勾配を発見した。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ジャイロ運動論は微視的プラズマ乱流から巨視的プラズマ分布の発展に至る核融合プラズマのマルチスケール現象を第一原理に基づいて記述する。従来の
fシミュレーションではこれらのスケール分離を仮定してマルチスケール問題を回避することにより低コスト計算を実現したが、スーパコンピュータの発展により、このマルチスケール問題を直接計算するfull-fジャイロ運動論シミュレーションが可能になった。さらに、最近の運動論的電子モデルの開発によって、電子系乱流を含むより現実的な数値実験が可能となり、変調電子加熱実験における過渡的プラズマ応答のような電子系乱流が重要な実験的観測を解析できるようになった。本招待講演では、最先端の電子系乱流シミュレーションに至る近年のfull-fジャイロ運動論シミュレーションの進展を概説する。
