Generalized Langevin description of multi-scale interactions in plasma turbulence

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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。