磁束管合体を用いた粒子運動論的プラズマ構造形成の解明

使用磁通管合并阐明粒子动力学等离子体结构的形成

• 批准号: 16J07924
• 负责人: 西田 賢人
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07924/
• 关键词: プラズマ合体; 磁気リコネクション; 磁場反転配位; 異極性合体; 極性効果; エネルギー変換; Particle-In-Cell; 自己組織化; 高ベータ; 磁束管合体; 適合粒子細分化法; 高ベータ配位; 磁場反転配位の自己組織化; 合体生成; 定常電流駆動

2つのプラズマ配位を軸方向に移送し，衝突合体することでより高性能な配位へと生成緩和させるプラズマ合体法の運動論効果を含んだ数値シミュレーションを行うため，本研究では円筒座標系Particle-In-Cellコードを新規開発し，大規模計算を行った．昨年度に開発した適合粒子細分化Particle-In-Cellコードに加えて，HPCにおける高効率の計算実行のため，電磁場・粒子共に領域分割法によるプロセス並列化を導入した．さらに並列化効率向上のため，系の発展に従い動的に分割領域を決定する動的領域分割を開発したコードに追加実装した．コード開発により，Particle-In-Cellによるスフェロマック合体の現実的な数値計算が可能となり，運動論効果が重要となる合体時の磁気リコネクション現象が引きおこす磁場・粒子のエネルギー変換効果を検証した．スフェロマック合体では初期配位が有するトロイダル磁場の極性と二流体効果によって流速構造に非対称性が発現することが知られていたが，本研究ではイオン温度や静電ポテンシャルにも非対称性を生じさせることを明らかにした．イオンが得るエネルギーが径方向内外で異なることを示した一方で，イオンの粒子・エネルギー流束からエネルギー総量には極性効果は影響を及ぼさない．円筒座標系による体積要素の差異が影響するため，比較的低いエネルギーをもつイオンを多数生成するモードと，比較的高いエネルギーをもつイオンを少数生成するモードが極性効果によって選択し得ることを示した．また，エネルギー変換の計算から，電子は散逸領域内部で誘導電場によって主にエネルギーを獲得し，散逸領域端部において静電場によりエネルギーを失う．電子散逸領域端部付近にイオンを加速する静電位が形成されることから，静電場を介した電子・イオン間のエネルギー授受を示唆している．

2 つ の プ ラ ズ マ ligand を axis に transferred し, conflict fit す る こ と で よ り high-performance な ligand へ と generate moderate さ せ る プ ラ ズ マ fit method の kinetic theory of unseen fruit contains を ん だ the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line う た め, this study で は has drifted back towards ¥ cylinder coordinate system Particle - In - the Cell コ ー ド を new rules open 発 し, Large-scale computing を rows った. Yesterday annual に open 発 し た suitable Particle differentiation Particle - In - the Cell コ ー ド に plus え て, HPC に お け る の high working rate calculation line be の た め, electromagnetic field, the particles were に area segmentation に よ る プ ロ セ ス tied for the を import し た. さ ら に tied for the working rate upward の た め, is の 発 exhibition に 従 い moving に segmentation field を decided す る dynamic field segmentation を open 発 し た コ ー ド に additional be loaded し た. コ ー ド open 発 に よ り, Particle - In - the Cell に よ る ス フ ェ ロ マ ッ ク fit の presently be な the numerical calculation が could と な り, kinetic theory of unseen fruit が important と な る fit when の magnetic 気 リ コ ネ ク シ ョ ン phenomenon が lead き お こ す, magnetic Particle, の エ ネ ル ギ ー - In sharper fruit を 検 card し た. ス フ ェ ロ マ ッ ク fit で は early ligand が have す る ト ロ イ ダ ル magnetic polarity の と two fluid unseen fruit に よ っ て velocity structure に non said seaborne が 発 now す る こ と が know ら れ て い た が, this study で は イ オ ン temperature や electrostatic ポ テ ン シ ャ ル に も non said seaborne を raw じ さ せ る こ と を Ming ら か に し た. イ オ ン が have る エ ネ ル ギ ー が inside and outside diameter direction で different な る こ と を shown し た side で, イ オ ン の particles, エ ネ ル ギ ー beam か ら エ ネ ル ギ ー 総 quantity に は unseen fruit は influence を and polarity ぼ さ な い. Volume element has drifted back towards ¥ cylinder coordinate system に よ る の が influence す る た め, relative low い エ ネ ル ギ ー を も つ イ オ ン を most generated す る モ ー ド と, relative high い エ ネ ル ギ ー を も つ イ オ ン を minority generated す る モ ー ド が polarity unseen fruit に よ っ て sentaku し must る こ と を shown し た. ま た, エ ネ ル ギ ー variations in の computing か ら, electronic は internal dissipation field induced electric field に で よ っ て main に エ ネ ル ギ ー を し, scattering field end に お い て electrostatic field に よ り エ ネ ル ギ ー う を lost. Electron scattering fields pay nearly end に イ オ ン を accelerate す る electrostatic が forming さ れ る こ と か ら, electrostatic field を interface し た electronic · イ オ ン between の エ ネ ル ギ ー "を in stopping し て い る.

项目成果

Particle-In-Cellシミュレーションを用いた異極性Spheromak合体の数値計算

使用细胞内颗粒模拟对异极 Spheromak 聚结进行数值计算

• 发表时间: 2018
• 作者: YU;Wansik;Eiichi NAKAKITA;Kosei YAMAGUCHI;Masaru KUNII;and Tsutao OIZUMI;橋本慧;西田賢人，堀内利得，Y. Sethivoine，宇佐見俊介，小野靖
• 通讯作者: 西田賢人，堀内利得，Y. Sethivoine，宇佐見俊介，小野靖

Particle-In-Cell Simulation of Helicity Relaxation Mechanism of Counter-Helicity Spheromak Merging

反螺旋球体合并的螺旋弛豫机制的粒子内模拟

• 发表时间: 2017
• 作者: K.Nishida;S.You;K.Fujimoto;R.Horiuchi;Y.Ono
• 通讯作者: Y.Ono

Particle-In-Cell Simulation of Field-Reversed Configuration with Adaptive Particle Management

使用自适应粒子管理对场反转配置进行粒子内模拟

• DOI: 10.1585/pfr.13.3401060
• 发表时间: 2018
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: K.Nishida;X.Guo;R.Horiuchi and Y.Ono
• 通讯作者: R.Horiuchi and Y.Ono

Analysis of Energy Conversion during Counter and Co-Helicity Spheromak Merging by Particle-In-Cell Simulation

通过粒子内模拟分析反向和同螺旋球体合并过程中的能量转换

• 发表时间: 2018
• 作者: K.Nishida;Y.Setthivoine;S.Usami;R.Horiuchi and Y.Ono
• 通讯作者: R.Horiuchi and Y.Ono

適合粒子細分化法を用いたParticle-In-Cellコードの開発

使用自适应粒子细分方法开发 Particle-In-Cell 代码

• 发表时间: 2017
• 作者: 西田賢人;Setthivoine You;堀内利得，小野靖
• 通讯作者: 堀内利得，小野靖