ppt - 数値実験炉研究プロジェクト

ＪＩＦＴ検討会
平成１９年１月１７日核融合科学研究所
JIFT（核融合理論共同研究組織）の
考察とコメント（乱流）
岸本泰明
京都大学大学院エネルギー科学研究科
ま核融合に関わる「プロジェクト」と「学術」の相補性
とめ
プラズマの学術性を中心に ITER に向けた集中型研究
据えた分野創生型・ (ITPA, BA ….)
情報発信型の企画
Numerical Tokamak/Helical
Integrated code
大学・人的資源の活性化
ITER
2020
2010
Multi-scale concept
プラズマ：
双方向研究
学術としての競争力
集中型研究
多極分散
Gyro-kinetics／DNS
turbulence and zonal flow
Magnetic
reconnection
Bootstrap current
Self-organization
プラズマ基本概念（記述法）
のための学術研究
2000
1990
1980
: JIFT 発足
1970
磁場プラズマの揺らぎの階層構造（1）
１．線形自由エネルギー源
磁場プラズマ中の様々な揺らぎ
ky
Electron scale
1 e
２．非線形自由エネルギー源
• 単一の線形自由エネルギー源からの
Ion scale
1 i
２次（高次）の揺らぎの生成
Ion scale
（乱流と帯状モード・巨視的な揺らぎの共存系）
1a
1a
1 i
３．異なった揺らぎ間の相互作用・干渉
1 ρe
時定数の変化
揺らぎのトリガー
遷移・分岐ダイナミックス
kx
• 複数の線形自由エネルギー源間の
非線形相互作用
• ２次（高次）の揺らぎと異なった自由エネ
ルギー源の間の非線形相互作用
磁場プラズマの揺らぎの階層構造（２）
kθ
Electron scale
1 e
• 実空間における揺らぎの構造と
位置関係
Ion scale
• 揺らぎの空間伝播・拡散
1 i
MHD
1a
1a
r 0
• プラズマ分布の発展と「臨界勾配」
「有理面」との交差ダイナミックス
ra
1a
~

kr
1 i
1 ρe
profile
evolution
• 臨界領域（複数の状態の共存）
微小擾乱が大きな状態変化を誘発
critical region
Strength of
free energy
• 特異な輸送特性（遷移・分岐）
（cf. 間欠性、バースト）
磁場プラズマの揺らぎの多階層研究
Effect of ITG-ZF on Double tearing mode
Ishizawa and Nakajima, PoP 14, 040702 (2007)
Tearing mode (TM) and TM driven Zonal field
Nishimura, Yagi et al., 2nd Japan-Korea Workshop, August, 2007
Effect of ITG-ZF on ETG turbulence
Uzawa, et al. PFR-letter, 1, 024 (2006)
Effect of mean flow on ITG-ZF generation
Anderson-Kishimoto, PoP 13, 102304 (2006)
Effect of ETG driven micro-scale flows on ITG turbulence
Li-Kishimoto, PRL, ’02
Generation of zonal flows due to MHD Internal Kink mode
T. Matumoto, H. Haitoh, et al., Phys. Plasmas 10, 195 (2003)
Generation of flow drive micro-scale secondary instability and turbulence
H. Naitou et al. J. Plasma Fusion Res. 76, 778 (2000), DPP-APS (2005)
磁場プラズマの揺らぎの多階層研究
Total fluctuation energy :
= Turbulent part : E(fluct.) + LLS part :

E jLLS 
j
• What is the control parameter for pattern selection ?
ηzF 
E (ZF)
E
(tot)

E (ZF)
E
(turb)
E
(ZF)
~1
• Large fraction of ZF may change the statistical nature of turbulence.
f (Vte/Ln)
f (Vte/Ln)
[Koshyk-Hamilton, JAS, 01]
Turbulence
Laminar
flow
wave
number
JIFT 提案（但し 2007年度）（ 延期）
（和文）実験室および天体プラズマにおけるマルチスケール乱流ダイナミックス
（英文）Multi-scale turbulent dynamics in laboratory and astrophysical plasmas
本ワークショップは核融合を中心とした実験室プラズマや宇宙・天体プラズマに
おいて問題となる異なったスケールの乱流間相互作用や帯状流や帯状磁場、ス
トリーマ、MHDモードなどの巨視構造に支配される乱流のダイナミックスに焦点を
充て、このようなマルチスケール乱流の統計的記述やこれに起因する遷移現象
や臨界現象の理論的記述に関して分野横断的な情報交換を行う。これにより、
輸送障壁やL-H遷移などの理論開明が進むことが期待させる。
国内の研究者・研究グループ間で情報交換が必要
核融合科学研究所シミュレーション研究部
「多階層・マルチスケール物理を中心に据えた研究路線」
・石澤氏・市口氏 MHD Ｇ……、渡辺氏、洲鎌氏、石黒氏
・中国研究者 …
JIFT 提案（但し 2009年度）
US :
Diamond
Japan : Kishimoto, Yagi, Kusano, Ishizawa …
Theory and Phenomenology of Zonal Flows and
Transport Barriers in Plasmas and Planets
Side-by side presentation of overview related phenomena
and ideas in GFD, astrophysical fluid dynamics, and
plasma physics aiming to highlight BOTH SIMILARITY
and DIFFERENCE. Each set of related presentations
will be follwed by critical discussion
Some possible participants-a wish list:
Young,Cessi,Lywellyn-Smith,Salmon, Mc
Williams,Yoden,McIntyre,Tobias,Hughes,Nazarenko from fluids
Fusion:
Kishimoto,Diamond,Itoh,Itoh,Chen.Hahm,Lin,LI, Horton, Hahm
etc.......
JIFT 提案（但し 2009年度）
1. Secondary flows in geostrophic fluids and plasmas: zonal flow via
Rhines mechanism and via modulational instability
2. Bistability in transport-flow system:L->H transition,thermohaline
convection,Venusian atmosphere.
3. Transport barriers: shearing and PV gradient mechanisms,tokamak
and ozone hole
4 PV .homogenization theory for GFD and plasmas.From fluids to MHD.
..
5. Wave-flow interaction: generalized Lagrangian mean and wave kinetics
6. Self-regulation and system stability:atmospheric and ocean circulation
models,tokamak operating scenarios.
7. Diffusive and non-diffusive transport and mixing in atmospheres,oceans
and plasmas.

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