MHD-Vlasovシミュレーションによる魚骨振動の研究

基于MHD-Vlasov模拟的鱼骨振动研究

基本信息

批准号：
07858057
负责人：
藤堂泰
金额：
$ 0.51万
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：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07858057/
关键词：
トカマク TAEモードアルファ粒子粒子-MHDシミュレーション

项目摘要

MHD-Vlasovシミュレーションコードにはα粒子の磁気モーメントが0の場合しか計算できないという欠点があった。年度当初はMHD-Vlasovコードを有限磁気モーメントの場合に拡張して魚骨振動(fishbone oscillation)を研究する予定であった。しかしα粒子成分に粒子シミュレーション手法を導入した方がより現実に近い状況が計算できるので、今年度は粒子-MHDコードの開発に取り組み、コードのチェックを兼ねてTAEモードのシミュレーションを行った。δf法を導入することによって粒子法に特有の数値雑音の問題を解決している。このコードには運動論的な効果も含めた全ての非線形性が取り入れられている。初期条件として磁場5T、数密度10^<20>m^<-3>、小半径0.9m、アスペクト比3という現在の大型トカマクに近い条件を設定し、α粒子の分布は速度空間において等方的な最大エネルギー3.5MeVの減速分布とした。その結果n=2TAEモードの励起と飽和が起こった。飽和の原因が粒子補足であることを示す証拠として、(1)TAEモードの飽和レベルが線形成長率の2乗に比例すること、(2)共鳴粒子のトロイダル正準運動量は不安定が線形成長している間は単調に減少(または増加)するが、飽和に達すると非線形振動的な振る舞いを示すこと、が明らかになった。上記の結果はTAEモードが一つだけ存在するような場合であったが、今後は複数のTAEモードが存在する場合について研究を進める。複数のモードが存在するとモード間の干渉によって粒子捕捉が抑制される。これによって飽和レベルが増大し、同時にα粒子の確率的な拡散が起こることが予想される。シミュレーションによってそれらの現象を確認し、それが起こる条件を明らかにしたい。さらに魚骨振動などの他の運動論的MHDモードのシミュレーションも計画している。

MHD-Vlasov仿真代码的缺点是，只有在α颗粒的磁矩为0时才能计算出来。在财政年度的开始时，计划将MHD-Vlasov代码扩展到有限的磁性时刻，以研究鱼骨振荡。但是，由于将粒子仿真方法引入α粒子组件允许进行更真实的计算，因此今年我们致力于开发粒子MHD代码并模拟TAE模式以检查代码。通过引入ΔF方法，解决了粒子方法独特的数值噪声问题。该代码结合了所有非线性，包括动力学效应。初始条件设置为类似于当前的大托卡马克，其磁场为5T，数量为10^<20> m^<-3>，小半径为0.9m，纵横比为3，并且α颗粒的分布被减速，同位素最大的能量在VELOCITY APPAPS中的同位素最大能量为3.5 MEV。结果是n = 2tae模式的激发和饱和。补充颗粒引起的饱和度引起的证据表明，（1）TAE模式的饱和度与线性生长速率的平方成正比，（2）（2）在不稳定性和线性生长过程中单调降低（或增加）的共振颗粒的环形典型动量，但在非线性振动效果上表现出饱和度饱和效果。以上结果表明只有一个TAE模式，但是我们将继续研究有多种TAE模式的情况。当存在多种模式时，由于模式之间的干扰，粒子陷阱会被抑制。预计这将增加饱和水平，并同时导致α粒子的随机扩散。我们想通过模拟来确认这些现象，并阐明它们发生的条件。他们还计划模拟其他动力学MHD模式，例如鱼骨振动。