Committee type：Academic society

Authorship：Principal investigator 

Authorship：Principal investigator 

Grant amount：\4550000 （ Direct Cost: \3500000 、 Indirect Cost：\1050000 ）

本研究では、磁場閉じ込めプラズマと慣性閉じ込めプラズマという対極の関係にあるプラズマ現象を、先進的な数値アルゴリズム開発を通じて、同一の数値モデルにより再現する。これにより、磁場閉じ込めプラズマにおいてはしばしば確認されている、自発的な対称性の破れという学術的に意義のある現象が、慣性閉じ込めプラズマにおいても観測可能であるか調査を行うことで、次世代のエネルギー源であるフュージョンエネルギーの早期実現に資する。
令和6年度には、理想磁気流体力学に拡張した差分法版の運動エネルギー・エントロピー保存（KEEP）スキームによる数値実験を実施し、学術誌への投稿を行った。また、磁場に対するダイバージェンスフリーな離散化手法や前述のKEEPスキームの不連続Galerkin（DG）法に対する拡張を実施し、両者を組み合わせることで初めて無散逸かつ安定なDG法による磁気流体シミュレーションが実現できることを確認している。特に、KEEPスキームと併用可能なダイバージェンスフリーDG法の開発は、世界的に見ても成功例がない上に、KEEPスキームのDG法への拡張はプラズマではなく流体力学のコミュニティでも報告例がない。現在はこれらの成果をまとめて論文化するための数値実験に着手している。
それに加えて、当初は令和7年度に実施することを計画していた抵抗性磁気流体方程式に対するDGスキームの開発を前倒しして実施した。この手法の構築には前述のKEEPスキームの知見が流用されており、不必要な数値拡散が抑制されることを示唆する初期結果が得られている。加えて、当初の計画では爆縮に特有の物理である輻射輸送の数値解法は取り扱わない予定であったが、人工知能を活用してコード開発を高速化することで、輻射輸送単体での数値実験が行える環境を構築することにも成功している。特に、屈折を考慮した輻射輸送方程式によるシミュレーションは実験解析にも有用であることから、早期供用を目指して別途開発を進める。
交付申請書に記した令和6年度の研究計画を全て完遂するとともに、前述の通り、本来令和7年度に実施する計画であった研究を前倒しで実施しており、当初の計画以上に進展していると言って差し支えない結果が得られている。また、当初想定していなかった人工知能によるコード開発支援を受けることによって、研究開発の大幅な効率化を実現しており、人的リソースの観点から本研究課題では扱う予定ではなかった物理モデルの実装が視野に入ってきている状況にある。
令和7年度は、当初の計画通り、抵抗性磁気流体方程式のためのDG法を3次元非線形MHDコードMUSESへの実装を実施する。これまでのアルゴリズム開発により得られた知見より、MUSESコードの全面書き換えに近い大幅改修が必要であることが示唆されているが、人工知能の活用によりコード開発の高速化を試みる予定である。また、令和6年度に得られた研究成果の論文化を進めるほか、輻射輸送に関する研究も継続して実施する。

Authorship：Principal investigator 

Grant amount：\2080000 （ Direct Cost: \1600000 、 Indirect Cost：\480000 ）

In this study, we conducted theoretical and simulation research related to the kinetic simulation of fusion plasmas. In order to accurately describe fundamental quantities such as temperature in long-time calculations, such as those for magnetically confined plasmas, by developing numerical algorithms that rigorously conserve energy and momentum. Additionally, we theoretically examined the model of electromagnetic fields used in kinetic simulations. We proposed a new approach that is easily applicable to numerical simulations, and conducted research from both theoretical and numerical simulation perspectives.