新古典・乱流輸送理論シミュレーションによる核融合プラズマ性能の解明と予測

通过新古典/湍流输运理论模拟阐明和预测聚变等离子体性能

基本信息

批准号：
19H01879
负责人：
洲鎌英雄
金额：
$ 5.24万
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 (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ジャイロ運動論に基づく定式化により、磁場閉じ込めプラズマの巨視的平衡と微視的電磁乱流の両方の効果を含む、分極・磁化の表式を導いた[Sugama, et al., Phys. Plasmas 29, 052509 (2022)]。ヘリカルプラズマにおいて、運動論的電子およびゾーナルフローの効果を取り入れた２種類の簡約化乱流熱輸送モデル(熱拡散係数モデルおよび準線形輸送フラックスモデル)を組み込んだ統合輸送シミュレーションを実行した[Toda, et al., Pladms Phys. Control. Fusion 64, 085001 (2022)]。これらのモデルは、線形ジャイロ運動論的シミュレーションから得られる結果を用いて、非線形乱流ジャイロ運動論的シミュレーションの結果を短時間で正確に再現するものであり、統合輸送シミュレーションに適用され、LHDのイオン温度勾配(ITG)乱流プラズマにおけるイオン温度・電子温度の定常分布を求めることに成功した。最適可数理手法を適用し、数少ない回数の非線形シミュレーション結果を参照することによって、簡約化乱流輸送モデルをより高精度化することが可能となった[Nunami, et al., Phys. Plasmas 29, 102505 (2022)]。さらに、小半径方向の背景電場の存在するLHDプラズマにおける線形ITGモードの大域的ジャイロ運動論的シミュレーションを実行し、準線形輸送フラックスに対する水素イオン同位体効果の評価を行ない、水素イオン同位体質量に対する乱流輸送の依存性が、従来のジャイロボームスケール則よりも実験観測結果に近づくことが確認された[Moritaka, Sugamai, et al., Nucl. Fusion 62, 126059 (2022)]。

使用基于回旋理论的公式，我们导出了极化和磁化的表达式，其中包括磁约束等离子体的宏观平衡和微观电磁湍流的影响 [Sugama, et al., Phys. 29, 052509 (2022)] 。在螺旋等离子体中，我们进行了集成传输模拟，结合了两种简化的湍流热传输模型（热扩散率模型和准线性传输通量模型），其中结合了动电子和层流的影响 [Toda 等人，Pladms物理控制。 64, 085001 (2022)]。这些模型使用线性回旋模拟获得的结果来快速准确地再现非线性湍流回旋模拟的结果，并应用于集成输运模拟以提高 LHD 性能，我们成功地确定了离子中离子和电子温度的稳态分布。温度梯度（ITG）湍流等离子体。通过应用最优数学方法并参考少量非线性模拟的结果，可以提高简化的湍流传输模型的精度[Nunami, et al., Phys. 29, 102505 (2022)]。此外，我们在存在小径向背景电场的情况下对 LHD 等离子体中的线性 ITG 模式进行了全局回旋运动模拟，评估了氢离子同位素对准线性输运通量的影响，并证实了湍流输运比传统的陀螺欧姆尺度定律更接近实验观测结果 [Moritaka, Sugamai, et al., Nucl. 62, 126059 （2022）]。