名大、スパコン「京」で核融合プラズマ中の乱流の相互作用を明らかに

2015年7月10日 17:17

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スーパーコンピュータ「京」を用いたシミュレーションの結果。円環状に閉じ込められたプラズマの断面図に乱流による静電ポテンシャル揺らぎを描画している。イオンが作る比較的大きな揺らぎと電子が作る極微細な揺らぎ(拡大図中に表示)が共存している。(名古屋大学などの発表資料より)

スーパーコンピュータ「京」を用いたシミュレーションの結果。円環状に閉じ込められたプラズマの断面図に乱流による静電ポテンシャル揺らぎを描画している。イオンが作る比較的大きな揺らぎと電子が作る極微細な揺らぎ(拡大図中に表示)が共存している。(名古屋大学などの発表資料より)[写真拡大]

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 名古屋大学の前山伸也助教らの研究グループは、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乱流間の相互作用のメカニズムを明らかにした。

 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、1億度を超える高温・高圧のプラズマを閉じ込めることで、粒子同士が高速に衝突し、核融合反応を引き起こす。乱流は、核融合半のにおけるプラズマの閉じ込め性能を劣化させてしまうため、大きな課題となっている。

 今回の研究では、イオンが作る乱流と電子が作る極微細な乱流を同時に取り扱うマルチスケール乱流の研究に取り組み、スーパーコンピュータ「京」をフル活用して、2千億点もの計算格子による高い空間解像度を用いて、これまでにない精緻なプラズマ乱流シミュレーションを行った。その結果、イオンが作る乱流渦が極微細な渦を引きちぎることで電子が作る乱流を抑制すること、電子が作る乱流が層流状の流れを乱すことでイオンが作る層流状の流れを減衰させることを明らかにした。

 今後は、さらにプラズマ乱流のマルチスケール相互作用に関する研究が進展していくと期待されている。

 なお、この内容は「Physical Review Letters」に掲載された。論文タイトルは、「Cross-scale interactions between electron- and ion-scale turbulence in a Tokamak plasma」。

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