Generalized Langevin description of multi-scale interactions in plasma turbulence

等离子体湍流中多尺度相互作用的广义朗之万描述

• 批准号: 20K03892
• 负责人: 前山 伸也
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03892/
• 关键词: プラズマ乱流; マルチスケール相互作用; 射影演算子法; マルチスケール物理; 非線形相互作用; 一般化Langevin方程式; 統計的データ解析; プラズマ・核融合; ハイパフォーマンス・コンピューティング

プラズマ中で生じる乱流は、大小様々なスケールの揺らぎを作り出す。近年のスーパーコンピュータを用いた大規模数値シミュレーションにより、広くスケールの離れた揺らぎの間にも、相互作用が存在することが明らかになった。本研究では、プラズマ物理・非平衡統計力学・データ科学のアプローチを利用して、プラズマ乱流マルチスケール相互作用を異なるスケール間の相関問題として捉え、コヒーレントな相関項と確率的な無相関項として表す一般化Langevin描像として定式化・体系化することを目指す。令和4年度は、第一に、昨年度多変数射影や離散時間射影に対する拡張を行った射影演算子法解析コードの応用として、実空間格子におけるサブグリッドスケール項の評価に適用した。乱流サブグリッドスケール項の時間発展を、粗格子の近傍複数点に対する射影として表すことで、波長に応じて異なる記憶関数による減衰効果を表現できることを示した（物理学会発表）。第二に、プラズマ乱流マルチスケール相互作用の直接数値シミュレーションによる研究として、代表者らが開発するGKVコードと欧州で開発されたGENEコードのベンチマークを行い、イオンスケール乱流による電子スケール乱流の抑制に対する定量的な一致を確認し、成果を学術論文誌に発表した。第三に、「富岳」を用いた大規模数値シミュレーションにより、将来の核燃焼プラズマを想定した電子加熱・複数粒子種混合プラズマにおけるマルチスケール乱流解析を実施し、高電子温度領域におけるマルチスケール乱流相互作用を介した輸送抑制効果を新たに発見し、成果を学術論文誌に発表した。

The turbulence is generated in the middle of the wave, and the size is changed. In recent years, the number of large-scale applications has increased, and the number of applications has increased. This study is aimed at the correlation problems between turbulence interactions and their utilization in physics, nonequilibrium statistical mechanics, generalized Langevin description, formalization and systematization. Let's make the evaluation of multi-dimensional projection and discrete-time projection in the fourth year applicable to the analysis of spatial lattice. Time evolution of turbulence, near multiple points of coarse lattice Second, the study on the direct numerical value of turbulence interaction between GENE and GKV was carried out on behalf of the development of European countries, and the quantitative agreement on the suppression of electron turbulence was confirmed. Third, the "rich mountain" in the middle of the large-scale numerical value of the future, the concept of electronic heating, a plurality of particle species, turbulence analysis, high electron temperature field, transport suppression, results of the discovery of academic papers

项目成果

Gyrokinetic Simulations of Cross-Scale Interactions between Electron Temperature Gradient and Trapped Electron Modes on the Supercomputer Fugaku

超级计算机 Fugaku 上电子温度梯度与俘获电子模式之间跨尺度相互作用的回旋运动模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Maeyama;T.-H. Watanabe;M. Nakata;M. Nunami;Y. Asahi;A. Ishizawa
• 通讯作者: A. Ishizawa

Cross-Scale Interactions Between Trapped-Electron-Mode and Electron-Temperature-Gradient-Mode Turbulence

俘获电子模式与电子温度梯度模式湍流之间的跨尺度相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Maeyama;and T.-H. Watanabe
• 通讯作者: and T.-H. Watanabe

射影演算子法によるプラズマ乱流相互作用の抽出

使用投影算子方法提取等离子体湍流相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 前山伸也，美澤めぐみ，渡邉智彦

射影演算子法による帯状流とドリフト波乱流の相互作用に関する解析

投影算子法分析纬向流与漂移波湍流相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 美澤めぐみ;前山伸也;渡邉智彦
• 通讯作者: 渡邉智彦

On the triad transfer analysis of plasma turbulence: symmetrization, coarse graining, and directional representation

等离子体湍流的三重传递分析：对称化、粗粒化和方向表示

• DOI: 10.1088/1367-2630/abeffc
• 发表时间: 2021
• 期刊: New Journal of Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Maeyama Shinya;Sasaki Makoto;Fujii Keisuke;Kobayashi Tatsuya;Dendy Richard O;Kawachi Yuichi;Arakawa Hiroyuki;Inagaki Shigeru
• 通讯作者: Inagaki Shigeru