トーラスプラズマにおける非線形MHD不安定性に対するプラズマ流の影響の解明

阐明等离子体流对环面等离子体中非线性 MHD 不稳定性的影响

基本信息

批准号：
04J03822
负责人：
佐藤雅彦
金额：
$ 2.18万
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 JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

トカマク型核融合炉では、抵抗性壁モードの抑制は重要課題の一つである。本研究では、簡約化MHD方程式を基礎方程式として、抵抗性壁モードの非線形シミュレーションを行った。本年度は、ポロイダル回転が存在するもとでの2次元シミュレーションにより得られた計算結果の物理機構について、より詳細な解析を行った。回転の小さい領域では「壁モード」が、回転の大きい領域では「プラズマモード」が不安定であることが知られている。シミュレーションによれば、壁モードは飽和レベルが初期回転の大きさに依存しないが、プラズマモードは飽和レベルが減少することが分かった。この原因は、次の様に説明することができる。プラズマ中に作用する減速トルクは、抵抗壁における摂動磁場の振幅と、モード構造のねじれ度の積に依存する。回転を大きくすると、モードはよりねじれた構造になり、そして磁場は抵抗壁にしみ込みにくくなる。したがって、回転には減速トルクを増大させる効果と、減少させる効果の相反する効果が存在する。壁モードは壁に対してほぼ静止しているため、モード構造がねじれやすい性質を持つ。そのため、回転を大きくすると減速トルクは増大し、非線形状態において回転がほぼ零に減速される。一方、プラズマモードはモードが壁に対して回転しているため、壁モードと比較するとモード構造のねじれ度の増加が小さい。そのため、ねじれの効果よりも壁に摂動磁場がしみ込みにくくなる効果が支配的となり、回転を大きくすると減速トルクは逆に減少する。このため、非線形状態においても回転が維持される。このような、回転に対する減速トルクの依存性の違いが、飽和レベルの依存性と関係することを明らかにした。本コードでは、オーム則における拡散項の陰的処理の計算負荷が大きい。コードの3次元化で計算量が大幅に増加するが、アルゴリズムの改良とMPIによる並列化により、大幅な計算時間の短縮にも成功した。

在Tokamak型融合反应堆中，抑制电阻壁模式是重要的问题之一。在这项研究中，使用简化的MHD方程作为基本方程进行了电阻壁模式的非线性模拟。今年，我们对通过存在二维模拟获得的计算结果的物理机制进行了更详细的分析，其中存在多旋转旋转。众所周知，“墙模式”在旋转较小的区域不稳定，并且“等离子体模式”在旋转较大的区域不稳定。模拟表明，壁模式的饱和度与初始旋转的大小无关，而等离子体模式的饱和度降低。其原因可以解释如下：血浆中的减速扭矩作用取决于电阻壁上扰动磁场振幅的乘积以及模式结构的扭转。增加的旋转导致更扭曲的结构，磁场不太可能渗入电阻壁。因此，旋转对增加和减小减速扭矩的影响有冲突。由于墙模式几乎固定在墙壁上，因此模式结构容易扭曲。因此，增加旋转会增加减速扭矩，并且在非线性状态下，旋转降低至几乎为零。另一方面，由于等离子体模式中的模式相对于壁旋转，因此模式结构的扭曲程度小于壁模式下的扭曲程度。因此，扭曲的效果比阻止壁扰动的磁场的效果更为主导，当旋转增加时，减速扭矩成反比。因此，即使在非线性状态下也保持旋转。已经揭示了减速扭矩对旋转的依赖性的差异与饱和水平的依赖性有关。在本守则中，欧姆定律中隐性处理术语的内隐处理负担很大。 3D代码显着增加了计算量，但是使用MPI的算法改进和并行化也已成功减少了计算时间。