名古屋大学/日本原子力研究開発機構/核融合科学研究所

平成27年7月8日
国立大学法人名古屋大学
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

核融合プラズマ中の乱流が織り成すマルチスケール相互作用
―スーパーコンピュータ「京」で得られた新発見―

名古屋大学大学院理学研究科(研究科長:松本 邦弘)素粒子宇宙物理学専攻の前山 伸也(まえやましんや)助教、同 渡邉 智彦(わたなべともひこ)教授、日本原子力研究開発機構の 井戸村 泰宏(いどむらやすひろ)研究主幹、核融合科学研究所の石澤 明宏(いしざわあきひろ)助教らを中心とする研究グループは、スーパーコンピュータ「京」を用いた研究によって、核融合プラズマ中に存在する幅広いスケールにおよぶ乱流間の相互作用-「マルチスケール相互作用」のメカニズムを明らかにしました。

磁場閉じ込め型核融合炉は、超伝導コイルにより作り出す強力な磁場を利用して、1億度超の高温・高圧の電離気体(プラズマ)を閉じ込めることで、核融合反応を引き起こし、そのエネルギーを取り出そうという試みで、国際協力の下で盛んに研究開発が進められています。プラズマ中で生じる乱流は、プラズマの閉じ込め性能を劣化させてしまうため、乱流現象の機構解明が重要な研究課題となっています。核融合プラズマ乱流に関して、これまで、イオンが作る乱流と電子が作る極微細な乱流は相互作用しないというスケール分離の仮定に基づいた研究が行われてきました。

本研究グループは、「京」の高い演算性能をフル活用することで、イオンが作る乱流と電子が作る乱流が混在する複雑なプラズマ乱流の振る舞いを正確にシミュレーションすることに初めて成功しました。その結果、イオンが作る乱流による電子の極微細な渦の引きちぎりや、電子が作る乱流によるイオンの層流状流れの減衰といった、マルチスケール相互作用の存在を突き止めました。さらに、これらの相互作用が、プラズマの閉じ込め性能に影響を与えうることを明らかにしました。

本研究の成果は、従来のスケール分離の仮定が成立しない状況をシミュレーションで示したプラズマ物理学上の発見であるとともに、核融合炉におけるプラズマ閉じ込め性能の評価・予測の進展に大きく貢献するものです。本研究は名古屋大学、日本原子力研究開発機構、核融合科学研究所の共同研究として行われ、その研究成果は米国科学雑誌Physical Review Letters誌に6月23日に掲載されました。

参考部門・拠点: システム計算科学センター
核融合研究開発部門

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