プラズマ乱流の大域的シミュレーションと乱流計測法に関する研究

等离子体湍流全局模拟及湍流测量方法研究

基本信息

批准号：
11J05218
负责人：
西村征也
金额：
$ 1.54万
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、磁場閉じ込め核融合プラズマにおける多種の不安定性の混在する状態について理論解析および数値シミュレーションを行い、得られた結果を核融合科学研究所のヘリカルプラズマ実験装置Large Helical Device (LHD)における実験計測と直接比較することにより、複雑なプラズマ乱流現象の一端を解明することを目的とする。平成25年度は以下の2つの研究に取り組んだ。(1)共鳴磁場摂動(RMP)印可時のプラズマの応答に関する理論と実験の比較一昨年度および昨年度の研究において、RMPによる磁気島に関するプラズマフローを含む理論をヘリカルプラズマ特有の磁力線曲率の効果を含むモデルへと拡張し、これを数値的に解くためのコードを開発した。本年度は、理論予測および数値シミュレーション結果をLHDにおける計測データと直揺比較した。特に、磁気島がフローの効果で消滅する過程において、磁気島の位相角の変化を磁場揺動の位相角の変化へと変換することで、LHDの磁気計測データがよく再現されることが示された。(2)高エネルギーイオンによって駆動されるMHDモード昨年度の研究に引き続き、MEGAコードを用いてLHDにおける高エネルギーイオンによって駆動されるトロイダルアルフベン固有モード(TAE)のシミュレーションを行った。本年度は、非線形段階におけるTAEと高速エネルギーイオンの間のエネルギー交換について詳細な解析を行った。また、本年度はLHDにおいて昨年度に観測された魚骨型振動を記述するための理論モデルの導出に着手した。捕捉高エネルギーイオンの効果を含むMHDのエネルギー原理を導出した。ヘリカル系においては背景磁場がリップル構造を持つために波-粒子共鳴条件が拡張され、捕捉高エネルギーイオンのドリフト速度とは異なる位相速度を持つMHDモードが不安定化されうることが新たに見いだされた。

本研究对磁约束聚变等离子体中各种不稳定性的混合状态进行了理论分析和数值模拟，并将所得结果应用于国家核聚变螺旋等离子体实验装置大型螺旋装置（LHD）的实验中。融合科学研究所的目的是通过直接与测量结果进行比较来阐明部分复杂的等离子体湍流现象。 2013年度，我们进行了以下两项研究。 (1) 应用共振磁场扰动 (RMP) 时等离子体响应的理论与实验比较在前年和去年进行的研究中，将包括由 RMP 引起的磁岛相关的等离子体流的理论与实验进行了比较该理论包括螺旋等离子体特有的磁场线曲率效应，我们将该模型扩展为模型并开发了数值求解的代码。今年，我们将理论预测和数值模拟结果与 LHD 的测量数据进行了比较。特别是，已经表明，在磁岛由于流动效应而消失的过程中，通过将磁岛的相位角的变化转换为磁场波动的相位角的变化，可以很好地再现LHD磁测量数据。完成了。 (2)高能离子驱动的MHD模式延续去年的研究，我们使用MEGA代码模拟了LHD中高能离子驱动的环形Alfvén本征模(TAE)。今年，我们对非线性阶段TAE与快能离子之间的能量交换进行了详细分析。此外，今年我们开始推导一个理论模型来描述去年在 LHD 观察到的鱼骨型振动。推导了MHD的能量原理，包括捕获高能离子的效应。新发现，在螺旋系统中，由于背景磁场具有波纹结构，并且MHD模式具有与捕获的高能漂移速度不同的相速度，波粒共振条件得到扩展离子，可以使 Ta 不稳定。