Numerical study on kinetic plasma dynamics in ergodic regions

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本研究では、非軸対称なヘリカル型核融合炉を対象とした大域的運動論シミュレーション、特にダイバータや真空容器壁とプラズマが接触する周辺領域を含む全系シミュレーションの実現を目的としている。閉じ込め磁場や装置形状をシミュレーションに取り入れるために，非構造格子系と粒子法を用いたジャイロ運動論Particle-in-Cellコードを開発してきた。開発したコードを大型ヘリカル装置の炉心領域に応用して実施した、大域的な径電場がプラズマの熱輸送や同位体効果にもたらす影響についての研究を論文にまとめた（T. Moritaka et al., Nuclear Fusion 62, 126059 (2022)）。これに関連して、他の大域的ジャイロ運動論コードや理論的なスケーリング則と、比較可能なパラメータ領域でベンチマークを行った。また、ヘリカルダイバータ近傍の複雑な磁場構造を扱うためのシミュレーション手法開発を進めた。トーラス方向から大きく逸れた磁力線構造をジャイロ運動論モデルで扱うため、数値最適化を使って磁力線に垂直な曲面を生成し、その曲面上に磁力線構造に応じた多階層格子を生成する。さらに曲面との交差判定を含む磁力線追跡や曲面上の数値微分を行うための計算スキームを開発・実装することで、磁場構造に適合した格子系をParticle-in-Cell法の時間ステップサイクルに組み込むことが可能になった。これらは、ヘリカル型核融合炉全系シミュレーションモデルの基幹となる部分である。本成果は招待講演を含む二件の国際学会で発表された。