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

利用 3D 宏观粒子模拟进行 TAE 研究

基本信息

批准号：
06858052
负责人：
藤堂泰
金额：
$ 0.45万
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 Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06858052/
关键词：
トカマク TAEモードアルファ粒子 MHD-Vlasovシミュレーション

项目摘要

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。

提交研究实施计划后，计划进行MHD粒子混合模拟以对TAE模式进行研究。之后，使用Full MHD方程式编写MHD组件，并使用漂移动力学方程式编写Alpha粒子成分，该方程是VLASOV方程的指南中心近似版本，开发了“ MHD-Vlasov仿真”方法，其中两个方程都使用有限的差异方向溶解了两个方程。这种新方法的特征是（1）使用超级粒子中的模拟中没有出现的数值噪声，并且（2）结合了包括动力学在内的所有非线性。（1）是检查通过Alpha颗粒的空间梯度激发的不稳定性的线性形成长度所需的特性，并且（2）是检查不稳定性饱和度所需的特性。当前，满足这两个点的唯一方法是MHD-Vlasov仿真方法。该方法的缺点是它需要大量的计算周期，今年我们研究了可以将α颗粒的磁矩设置为零以缩短计算周期的情况。结果揭示了以下内容：1。证实了TAE模式是由α颗粒激发的。增长率与线性理论非常吻合。 2。当α颗粒的血浆β值为2％时，当TAE模式的幅度达到平衡磁场的10^<-3>时，TAE模式的生长饱和。据说这对α颗粒的限制有严重影响。 3。饱和机制是通过有限振幅TAE模式捕获的粒子。