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Numerical study on kinetic plasma dynamics in ergodic regions

各态各态等离子体动力学的数值研究

基本信息

批准号：
20K03912
负责人：
森高外征雄
金额：
$ 1.08万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
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

项目摘要

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。

This study では, non axis said seaborne なヘリカル type furnace を nuclear fusion as と seaborne した domain of kinetic theory シミュレーション, にダイバータや vacuum vessel wall とプラズマが contact する weeks を辺 field containing む holographic シミュレーションの purpose be presently をとしている. Closed じ込めや device magnetic field shape をシミュレーションに take りれるために, non-structural grid system とを Particle method with いたジャイロ kinetic theory of Particle - in - the Cell コードを open 発してきた. Large open 発したコードをヘリカル device の furnace heart field に応 with して be applied したな diameter, large domain electric がプラズマの heat transfer や with a sharper fruit body にもたらす influence についてをの research papers にまとめた (t. Moritaka et al., 62, the Nuclear Fusion 126059 (2022). これに masato even して, he の domain ジャイロ kinetic theory コードや theory なスケーリングと, were more likely to なパラメータ field でベンチマークを line った. また, ヘリカルダイバータ nearly alongside の complex 雑な magnetic field structure を Cha うためのシミュレーション technique open 発を into めた. トーラス direction から big きく escape れた lines of magnetic force structure をジャイロ kinetic theory モデルで Cha うため, the numerical optimization をって lines にし, generating vertical な surface をそのに the lines of magnetic force on a curved surface structure に応じた more class grid を generated する. さらに surface との contains a job determine をむ lines tracing や surface の the numerical differential line をうための computing スキームを open 発 · be load することでに, magnetic field structure suitable for した grid system を Particle - in - the Cell method の time ステップサイクルに group み込むことが may になった. The entire series of <s:1> れらである and ヘリカヘリカ nuclear fusion furnaces consists of シ, シ, ュレ, ショ, <s:1>, モデ and <s:1> base parts である. This achievement will be presented in two lectures at を and sent to the international society at でされた.