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研究内容
B. 核融合燃焼プラズマの閉じ込めに関する理論・数値シミュレーション
Theory and numerical simulations for burning fusion plasma confinement
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す。
我々の研究室では、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ました。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ます。我々の研究は従来と異なり、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ました。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ました。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ました。