Research on formation and sustainment mechanism of turbulent structures by using integrated turbulence diagnostic system in torus

利用环面综合湍流诊断系统研究湍流结构的形成与维持机制

基本信息

批准号：
20K03905
负责人：
糟谷直宏
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kyushu University
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

磁場閉じ込め核融合プラズマにおいてプラズマが自発的に形成する乱流構造は粒子・熱輸送を増加・抑制するので、閉じ込め改善のためにはその形成機構の理解が必要である。本研究ではトーラス形状磁化プラズマにおける多空間スケール揺動間の非線形相互作用を数値シミュレーションにより定量的に評価することができるシステムの構築およびそれを用いた解析を通じて、プラズマ乱流におけるメゾおよび巨視的構造形成機構の詳細を解き明かす。本年度も引き続きトーラス統合乱流診断システムの開発を進めた。またトカマクプラズマの3次元乱流シミュレーションを通じて粒子輸送過程の解析を行った。前者に関しては、オブジェクト指向プログラミングを適用したプラズマ3次元揺動場解析プラットフォームの拡張を行った。複雑な3次元形状をしたプラズマからの観測模擬のために、観測視線を考慮したデータ抽出基盤ルーチン群の整備、およびそれらを組み合わせた重イオンビームプローブ模擬をはじめとする複数種類の観測模擬ルーチンの開発を行った。後者に関しては、トカマクプラズマの大域的簡約MHDコードを使用して、周辺近傍に密度こぶ状分布が加えられた時にプラズマ乱流が密度変化に果たす役割の検討を行った。本年度開発した揺動場解析プラットフォームを利用して、小さいながらも中心プラズマ密度上昇に必要な内向き粒子流束が乱流の非線形過程によって生じ得ることを示した。このようにトーラス統合乱流診断システムを実験比較プラットホームとして確立するための基盤整備を進め、それによる物理機構解明につなげることができた。

磁约束聚变等离子体中自发形成的湍流结构会增加并抑制粒子和热传输，因此有必要了解其形成机制以改善约束。在本研究中，我们构建了一个可以通过数值模拟定量评估环形磁化等离子体中多空间尺度波动之间的非线性相互作用的系统，并利用该系统分析了等离子体湍流的细观和宏观结构。形成机制的细节。今年，我们继续开发环面一体化湍流诊断系统。我们还通过托卡马克等离子体的三维湍流模拟分析了粒子输运过程。对于前者，我们通过应用面向对象编程扩展了等离子体3D摆动场分析平台。为了模拟对具有复杂三维形状的等离子体的观测，我们开发了一组考虑观测视线的数据提取基础例程，并且我们开发了多种类型的观测模拟例程，包括重离子结合这些例程开发了光束探针模拟。关于后者，我们使用托卡马克等离子体的全局简化 MHD 代码来检查当在外围附近添加密度驼峰状分布时等离子体湍流在密度变化中所起的作用。使用今年开发的振荡场分析平台，我们表明增加中心等离子体密度所需的向内粒子通量虽然很小，但可以通过非线性湍流过程产生。通过这种方式，我们已经能够开发建立环面集成湍流诊断系统作为实验比较平台的基础设施，这将导致物理机制的阐明。