Impact of turbulence on the transport of energetic particles

湍流对高能粒子传输的影响

基本信息

批准号：
17K06991
负责人：
石澤明宏
金额：
$ 3.16万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁場閉じ込め型核融合装置において燃焼プラズマを維持するためには、燃焼によって生じた高エネルギー粒子とそれによって加熱される燃料プラズマそれぞれの良好な閉じ込めを両立させることが必要である。本研究は、この燃焼プラズマの閉じ込め悪化を引きおこす主要な原因となる電磁流体不安定性（MHD）と乱流輸送を、世界最先端である大域的電磁的ジャイロ運動論シミュレーションを用いて評価することに成功した。高エネルギー粒子の閉じ込めは高エネルギー粒子駆動のマクロな電磁流体不安定性（トロイダルアルフェン固有モード、TAE）によって劣化され、一方、ミクロスケールを持つドリフト波乱流による輸送は燃料プラズマの閉じ込めを低下させる。本研究では、従来の研究と異なり、TAEと乱流のマルチスケール相互作用を初めて計算し、この相互作用の下で高エネルギー粒子および燃料プラズマの熱・粒子輸送を同時に評価した。その結果、TAEとドリフト波乱流の相互作用は、乱流揺動を波数空間と実空間の両方で同時に広げることを新たに示した。そしてその結果、揺動振幅は増大し、高エネルギー粒子の輸送及び燃料プラズマの輸送両方を増大させ、燃焼プラズマの閉じ込めを悪化させることを明らかにした。本年度は、乱流のマルチスケール相互作用を定量的に評価するために、非線形エントロピー（自由エネルギー）移送を調べた。その結果、イオン温度勾配乱流は、実空間におけるE×B乱流対流によるグローバルなエントロピー移動に起因する新たなメカニズムによって飽和することを明らかにした。乱流に付随するエントロピーの径方向への移動は、磁場揺動の影響を避けるために乱流の最も活発な領域の両側でグローバルな帯状流を生成し、その結果グローバルな帯状流の励起が抑制されず、乱流の定常状態を導く。この成果をNulcear Fusion誌に発表した。

为了在磁场限制式融合装置中保持燃烧等离子体，有必要对燃烧产生的高能量颗粒和燃烧加热的燃料等离子体进行良好的限制。这项研究成功地评估了电磁不稳定性（MHD）和湍流转运，这是这种燃烧等离子体恶化限制的主要原因，使用了世界的尖端全球电磁磁磁性模拟。高能量颗粒的限制是由高能粒子驱动的大磁氟化不稳定性（Toroidal alfene eigenmode，TAE）降解的，而通过微观旋转湍流传输会降低燃料等离子体的限制。与先前的研究不同，本研究首次计算了TAE与湍流之间的多尺度相互作用，在这种相互作用下，同时评估了高能颗粒和燃料等离子体的热和颗粒传输。结果，TAE与漂移湍流之间的相互作用新表明，湍流波动同时散布在波数空间和真实空间中。结果，揭示了振荡幅度会增加，增加了高能颗粒的运输和燃料等离子体的运输，并加剧了燃烧等离子体的限制。今年，我们研究了非线性熵（自由能）转移，以定量评估湍流的多尺度相互作用。结果，发现由于E×B湍流对流在实际空间中，由于全球熵运动引起的新机制使离子温度梯度的湍流饱和。与湍流相关的熵的径向运动在最活跃的湍流区域的两侧都会产生全局的区域流，以避免磁场振荡的影响，从而激发了全局层状流量的激发，从而导致稳定的湍流。这项成就发表在《努尔塞尔融合》杂志上。

项目成果

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专利数量（0）

Two types of helical-core equilibrium states in tokamak plasmas

托卡马克等离子体中两种类型的螺旋核平衡态

DOI：
10.1088/1361-6587/ac828c
发表时间：
2022
期刊：
Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子：
2.2
作者：
Kawagoe S;Ishizawa A;Aiba N;Nakamura Y
通讯作者：
Nakamura Y

Multi-scale interactions of microtearing turbulence in the tokamak pedestal

托卡马克基座中微撕裂湍流的多尺度相互作用

DOI：
10.1088/1741-4326/abba49
发表时间：
2020
期刊：
Nuclear Fusion
影响因子：
3.3
作者：
Pueschel M.J.;Hatch D.R.;Kotschenreuther M.;Ishizawa A.;Merlo G.
通讯作者：
Merlo G.

シャフラノフシフトに影響された乱流輸送の磁気シア依存性

沙克拉诺夫位移影响的湍流传输的磁剪切依赖性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
中谷滉平;石澤明宏;中村祐司;前山伸也;渡邉智彦
通讯作者：
渡邉智彦

Lecture on Parity of MHD fluctuations

MHD波动平价讲座

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
石澤明宏;今寺賢志;中村祐司;岸本泰明;Akihiro Ishizawa
通讯作者：
Akihiro Ishizawa

Saturation mechanism of ion temperature gradient driven turbulence in finite beta tokamaks studied by global gyrokinetic simulation

全局回旋模拟研究有限β托卡马克中离子温度梯度驱动湍流的饱和机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Ishizawa;H. Masui;K. Imadera;Y. Kishimoto;Y. Nakamura
通讯作者：
Y. Nakamura

DOI：
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通讯作者：
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通讯作者：
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