3次元マクロスケール粒子シミュレーションによるTAEの研究

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研究実施計画を提出した段階においては、MHD-粒子ハイブリッドシミュレーションを行って、TAEモードの研究を行う予定であった。その後、MHD成分はfull-MHD方程式を使い、アルファ粒子成分はVlasov方程式の案内中心近似版であるドリフト運動論方程式を使ってそれぞれ記述し、両方の方程式を有限差分方を使って解く「MHD-Vlasovシミュレーション」手法を開発した。この新手法は(1)超粒子を使うシミュレーションに現れるような数値雑音が全くない、(2)運動論的な面も含めた全ての非線形性が取り入れられている、というところに特長がある。(1)はTAEモードがアルファ粒子の空間勾配によって励起される不安定性の線形成長を調べるときに、(2)はその不安定性の飽和を調べるときに、それぞれ必要な性質である。この2点を満たしている手法は現在のところMHD-Vlasovシミュレーション手法だけである。この手法の欠点は多くの計算期間を必要とすることであり、今年度はアルファ粒子の磁気モーメントを0とおいて計算期間を短縮できる状況について研究した。その結果、次のことが明らかになった。1.アルファ粒子によってTAEモードが励起されることが確認できた。その成長率は線形理論とよく一致した。2.アルファ粒子のプラズマベータ値が2%のとき、TAEモードの成長はその振幅が平衡磁場の10^<-3>に達したところで飽和した。これはアルファ粒子の閉じこめに深刻な影響を及ぼすといわれているレベルである。3.その飽和機構は有限振幅のTAEモードによる粒子捕捉である。