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糟谷 直宏(かすや なおひろ) データ更新日:2018.05.31



主な研究テーマ
プラズマ乱流構造形成シミュレーション
キーワード:シミュレーション, 乱流, 構造形成, 数値診断
2009.04~2019.03.
磁化プラズマにおける静電および電磁的不安定性の研究
キーワード:磁化プラズマ, 不安定性, モード構造, 成長率
2012.05~2019.03.
核燃焼プラズマにおける輸送研究
キーワード:輸送, 不純物, 統合コード, 核燃焼
2017.04~2020.03.
従事しているプロジェクト研究
原型炉における不純物制御に向けた統合輸送シミュレーションスキームの開発
2017.04~2020.03, 代表者:糟谷直宏, 九州大学, 量子科学技術研究開発機構
核融合原型炉において不純物制御手法の確立が核燃焼制御のための重要課題となっている。高周波やα粒子加熱を利用したタングステン等の不純物除去法の物理機構を統合輸送シミュレーションにより解明する。多種イオンを含むコア輸送統合シミュレーションスキームの構築を行い、不純物制御の確度の高い予測を行うのが本研究課題の目的である。.
統合観測システムで解き明かす乱流プラズマの構造形成原理と機能発現機構
2017.04~2022.03, 代表者:藤澤彰英, 九州大学, 九州大学
本研究では、プラズマ乱流研究に特化した新装置「プラズマ乱流統合観測システム」を製作し、乱流現象の理解を目指し実験を行う。ミクロな揺らぎの時空間スケールでプラズマ乱流場全域を局所精密に観測(大域局所精密観測)できる世界初の装置で、スケール間結合の実態や乱流の偏在を計測することで、理論・シミュレーションと協働し実験的に乱流プラズマの構造形成や機能発現原理を探求する。.
シミュレーションと実験を協調させた多スケール乱流観測手法の開発
2013.04~2016.03, 代表者:糟谷直宏, 九州大学, 核融合科学研究所(日本)
炉心プラズマのより良い閉じ込めの達成のためには乱流の理解が不可欠で、新たな研究方法を展開して実験検証を行うことが急務である。本プロジェクトでは新たな実験ツールとして、マイクロ波コム反射計をプラズマ乱流観測の方法として確立する事を目指す。乱流計測シミュレータを活用した理論・シミュレーション・実験を統合した開発プラットホームの構築、および九州大学の直線プラズマ装置とLHDの両者を用いた検証の段階的実施を二つの柱として研究を遂行する。 まず直線プラズマに適用し、波の伝搬シミュレーションと統合することでサブナノ秒スペクトロスコピー法を確立する。観測結果を乱流計測シミュ レータと比較し、データ解析法の有効性を検証する。そして、その成果をLHDに適用し、乱流研究の世界的先導の道筋をつける。.
乱流プラズマの動的応答と動的輸送の統合研究
2009.04~2014.03, 代表者:伊藤早苗, 九大応力研, 文部科学省
高温磁化不均一プラズマを対象とし、乱流と時空構造の動的応答を解明する事を通じて、磁場閉じ込めプラズマの動的輸送現象を解明することを目的とする。この研究では、微視的揺動とメゾスケール揺動更には巨視的パラメタの界面等が生成消滅する、多スケールな「乱流プラズマ構造」の時空構造や動的応答・遷移の物理過程に取り組み、理論・シミュレーション・実験研究を統合し検証を経て、熱平衡状態からかけ離れた乱流媒質に特有な、大域的・動的乱流輸送にかかわる法則の定式化を目指す。.
研究業績
主要原著論文
1. Naohiro Kasuya, Makoto Sasaki, Satoshi Abe, Masatoshi Yagi, On the radial eigenmode structure of drift wave instability with inhomogeneous damping in cylindrical plasmas, Journal of the Physical Society of Japan, https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.024501, 87, 2, 2018.01, Plasma flows can be driven by turbulent stresses from excited modes in magnetized plasmas. Our recent numerical simulation of resistive drift wave turbulence in a linear device has shown that the radial inhomogeneity of the neutral density affects azimuthal flow generation by changing the phase structure of the most unstable eigenmodes. Eigenmode analyses show that the mode structure has a complex Bessel-type function shape in the central region of the plasma, and the imaginary part arises from the radial inhomogeneity of the damping term caused by ion-neutral collisions. The amplitude of turbulent stress is proportional to the inhomogeneity under a marginally stable condition. Global structural formation is an important factor for determining the plasma turbulent state, and this result clearly shows that several kinds of radial background distributions, the plasma and neutral densities in this case, can influence the global structures..
2. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, Simulation study of hysteresis in the gradient-flux relation in toroidal plasma turbulence, Plasma Physics and Controlled Fusion, 10.1088/0741-3335/57/4/044010, 57, 4, 2015.04.
3. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, On violation of local closure of transport relation in high-temperature magnetized plasmas, Physics of Plasmas, 2014.11.
4. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Makoto Sasaki, Shigeru Inagaki, Masatoshi Yagi, Kimitaka Itoh, Sanae-I. Itoh, Evaluation of Spatial Variation of Nonlinear Energy Transfer by Use of Turbulence Diagnostic Simulator, Plasma and Fusion Research, DOI: 10.1585/pfr.8.2403070, 8, 2403070-1-2403070-5, 2013.06, Turbulence Diagnostic Simulator is an assembly of simulation codes to clarify the formation mechanism of turbulent structures by numerical diagnostics in magnetically confined plasmas. Global simulations are carried out using a reduced MHD model of drift-interchange mode in helical plasmas, and time series data of 3-D fluctuation fields are produced. It includes localized modes in their rational surfaces, and broad modes spread in the radial direction. Magnitudes of nonlinear couplings from the convective derivative are evaluated in the nonlinear saturated states. The radial profile shows that there exist strong mode excitation near the center, various modes and nonlinear couplings with higher m modes in the middle radius, small number of propagating modes near the edge, which contribute to the pressure profile modification. For the detection of the different features, combination of several diagnostics is necessary..
5. N. Kasuya, S. Nishimura, M. Yagi, K. Itoh, and S.-I. Itoh, Heavy Ion Beam Probe Measurement in Turbulence Diagnostic Simulator, Plasma Science and Technology, 13, 3, 326, 2011.03, A numerical measurement module simulating a heavy ion beam probe was developed, and numerical measurements of electrostatic potential and density fluctuations are carried out for 3-D turbulent data generated by a global simulation of drift-interchange mode turbulence in helical plasmas. The deviation between measured and local values is estimated. It is found that the characteristic structures can be detected in spite of the screening effect due to the finite spatial resolution..
6. N. Kasuya, M. Yagi, K. Itoh, and S.-I. Itoh, Selective Formation of Turbulent Structures in Magnetized Cylindrical Plasmas, Physics of Plasmas, 10.1063/1.2912461, 15, 5, 052302, 2008.05, The mechanism of nonlinear structural formation has been studied with a three-field reduced fluid model, which is extended to describe the resistive drift wave turbulence in magnetized cylindrical plasmas. In this model, ion-neutral collisions strongly stabilize the resistive drift wave, and the formed structure depends on the collision frequency. If the collision frequency is small, modulational coupling of unstable modes generates a zonal flow. On the other hand, if the collision frequency is large, a streamer, which is a localized vortex in the azimuthal direction, is formed. The structure is generated by nonlinear wave coupling and is sustained for a much longer duration than the drift wave oscillation period. This is a minimal model for analyzing the turbulent structural formation mechanism by mode coupling in cylindrical plasmas, and the competitive nature of structural formation is revealed. These turbulent structures affect particle transport..
7. Naohiro Kasuya, K. Itoh, Two-dimensional structure and particle pinch in tokamak H mode, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 10.1103/PhysRevLett.94.195002, 94, 19, 2005.05.
8. Naohiro Kasuya, K. Itoh, Y. Takase, Effect of electrode biasing on the radial electric field structure bifurcation in tokamak plasmas, NUCLEAR FUSION, 43, 4, 244-249, 2003.04.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
1. 糟谷直宏、井戸毅、清水昭博, 計測シミュレータと乱流計測の今後, プラズマ核融合学会誌, 2012.06, プラズマ乱流の数値シミュレーションで得られた空間3次元の数値乱流場に対して、計測模擬を含む数値実験を行うことで、乱流構造の抽出と形成機構の理解を図るのが乱流計測シミュレータである。このシミュレータを用いた、有限個の空間点からの時系列データ抽出、非線形機構の定量的評価、および計測模擬を通じた空間分解能の評価などの取り組みと実験との比較研究の今後の展開について述べる。.
主要学会発表等
1. N. Kasuya, M. Nunami K. Tanaka, M. Yagi, Fluctuation Spectrum Analysis Using Turbulence Simulation Data in 3-D Magnetic Configuration, 21st International Stellarator-Heliotron Workshop, 2017.10.
2. 糟谷 直宏, 沼波政倫, 矢木雅敏, Numerical Diagnostics of Turbulent Transport in Three-Dimensional Magnetic Configurations, 25th IAEA Fusion Energy Conference, 2016.10.
3. Naohiro Kasuya, Makoto Sasaki, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, Numerical Diagnostics of Non-Diffusive Transport Process by Use of Turbulence Diagnostic Simulator, 25th IAEA Fusion Energy Conference, 2014.10.
4. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, Simulation Study of Hysteresis in the Flux-Gradient Relation in Turbulent Transport, 17th International Congress on Plasma Physics, 2014.09.
5. Naohiro Kasuya, Makoto Sasaki, Shigeru Inagaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, Hysteresis and Nonlinearly Excited Mode Structures in Turbulence Simulation of a Toroidal Plasma, 4th APTWG International Workshop, 2014.06.
6. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Shigeru Inagaki, Makoto Sasaki, Kimitaka Itoh, Masatoshi Yagi, Sanae-I. Itoh, Identification of Dynamical Response Mechanism in a Turbulent Simulation with Source Modulation, 14th Int. Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers, 2013.10.
7. Naohiro Kasuya, Satoru Sugita, Makoto Sasaki, Yudai Miwa, Shigeru Inagaki, Masatoshi Yagi, Kimitaka Itoh and Sanae-I. Itoh, Numerical Diagnostics and Identification of Fluctuation Structure by Use of Turbulence Diagnostic Simulator, 22nd International Toki Conference, 2012.11, It is important to clarify the role of turbulence on anomalous transport in toroidal plasmas. Progress in experimental techniques enables to make quantitative estimation of turbulence transport by high resolution measurements of fluctuations. Global simulations give long time series of three-dimensional turbulent fields, and analyses simulating experimental diagnostics on the fields can show how the characteristic feature is observed with consideration of physical mechanism and spatio-temporal resolution of the diagnostics. This numerical diagnostic is useful for cross-validation between experiments and simulations. For that purpose, we have been developing Turbulence Diagnostic Simulator (TDS), which is the combination of fluid turbulence codes, measurement modules and analysis routines, to carry out numerical experiments of turbulent structural formation. In this paper, drift-interchange modes in helical plasmas are analyzed, using the TDS. A 3-field reduced MHD model is introduced by the averaging method with the stellarator expansion to solve stream function, toroidal component of the vector potential and total pressure. Nonlinear saturated states with a fixed pressure source are obtained. The contributions to energy evolutions from nonlinear couplings are evaluated in the saturated states. There are low m modes widely spreading in the radial direction, which contributes to the nonlinear structural formation, where m is the poloidal mode number. In addition, there is a radial region where nonlinear couplings with higher m modes contribute to the pressure profile modification. Therefore, combination of measurements covering the wide spatial range and localized measurements with high resolution can identify the nonlinear mechanism. We show how is observed with combination of diagnostics by using measurement modules of the TDS, such as Beam Emission Spectroscopy, and propose the method for the detection. Common methods can be applied to various simulation data for the cross-validation using the TDS..
学会活動
所属学会名
日本物理学会
プラズマ・核融合学会
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2017.11.29~2017.11.30, 第15回統合コード研究会, 幹事.
2017.11.29~2017.11.30, 第15回統合コード研究会, 座長(Chairmanship).
2017.01.10~2017.01.12, 第6回IFERC-CSC研究会, 座長(Chairmanship).
2016.12.07~2016.12.08, 第14回統合コード研究会, 座長(Chairmanship).
2016.10.24~2016.10.25, Joint JIFT workshop on Extended MHD and MHD simulations for magnetized plasmas and Theory and simulation of 3D physics in toroidal plasmas, 座長(Chairmanship).
2016.03.19~2016.03.22, 日本物理学会第71回年次大会, 座長(Chairmanship).
2015.12.10~2015.12.11, 第13回統合コード研究会, 座長(Chairmanship).
2015.09.16~2015.09.19, 日本物理学会2015年秋季大会, 座長(Chairmanship).
2015.06.04~2015.06.05, RIAMフォーラム, 座長(Chairmanship).
2014.12.11~2014.12.12, 第12回統合コード研究会, 座長(Chairmanship).
2013.12.19~2013.12.20, 第11回統合コード研究会, 座長(Chairmanship).
2012.03.24~2012.03.27, 日本物理学会, 座長(Chairmanship).
2010.09.23~2010.09.26, 日本物理学会, 座長(Chairmanship).
2016.12.07~2016.12.08, 第14回統合コード研究会, 幹事.
2015.12.10~2015.12.11, 第13回統合コード研究会, 幹事.
2014.12.11~2014.11.12, 第12回統合コード研究会, 幹事.
2014.06.10~2014.06.13, Asia Pacific Transport Working Group International Conference, 現地実行委員、会計.
2013.12.19~2013.12.20, 第11回統合コード研究会, 幹事.
2013.10.02~2013.10.04, 14th Int. Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers, 現地実行委員.
2011.06.14~2011.06.17, 1st Asia Pacific Transport Working Group, 組織委員.
学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況
2015.10~2017.03, Polymorfia, 国内, 編集委員.
2013.07~2015.07, プラズマ・核融合学会誌, 国内, 編集委員.
2010.12~2011.12, Plasma Fusion Research Special Issue, 国際, 編集委員.
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2017年度      
2016年度      
2015年度      
2014年度      
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2016年度~2018年度, 基盤研究(C), 代表, 過渡状態における多次元構造の発現と乱流輸送に関する数値診断研究.
2012年度~2016年度, 若手研究(B), 代表, 3次元磁場配位を考慮した乱流構造形成機構の研究.
2011年度~2015年度, 基盤研究(A), 分担, 非平衡プラズマ物理学のための乱流計測シミュレーター研究.
2008年度~2011年度, 若手研究(B), 代表, トーラス磁場閉じ込めプラズマにおける乱流構造と輸送障壁の研究.
2005年度~2007年度, 特別研究員奨励費, 代表, トロイダルプラズマにおけるポロイダル構造と輸送の研究.
競争的資金(受託研究を含む)の採択状況
2017年度~2018年度, 原型炉設計合同特別チームに係る共同研究, 代表, 原型炉における不純物制御に向けた統合輸送シミュレーションスキームの開発.
2017年度~2018年度, 核融合研一般共同研究, 代表, 分布形成と乱流構造の診断に関するシミュレーション研究.
2015年度~2016年度, 核融合研一般共同研究, 代表, 大域的シミュレーションと乱流構造診断に関する研究.
2014年度~2014年度, プラズマ・核融合学会海外渡航援助金, 代表, Simulation Study of Hysteresis in the Flux-Gradient Relation in Turbulent Transport.
2013年度~2015年度, LHD計画共同研究, 代表, シミュレーションと実験を協調させた多スケール乱流観測手法の開発.
2013年度~2013年度, 核融合科学研究所一般共同研究, 代表, プラズマ乱流と診断のシミュレーション研究.
2007年度~2007年度, 核融合エネルギーフォーラム奨励賞研究助成金, 代表, トロイダルプラズマの乱流構造における二次元構造の研究.
寄附金の受入状況
2014年度, プラズマ・核融合学会, プラズマ・核融合学会海外渡航援助金.

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