Full-f gyrokinetic simulations for neoclassical toroidal viscosity in a perturbed tokamak configuration

摂動トカマク配位における新古典トロイダル粘性のFull-fジャイロ運動論シミュレーション

松岡 清吉* ; 井戸村 泰宏   ; 佐竹 真介*

Matsuoka, Seikichi*; Idomura, Yasuhiro; Satake, Shinsuke*

トカマクプラズマにおける摂動磁場は、小さい摂動でもトロイダル方向の対称性を破って有限の新古典トロイダル粘性(NTV)を誘起するため、自発プラズマ回転とその速度シアを決定する上で重要な役割を果たす。本研究ではfull-fジャイロ運動論オイラーコードGT5Dを用いて、小さい共鳴摂動磁場を含むトカマクはいいにおけるNTV評価のシミュレーション研究を行う。GT5Dの粒子軌道のハミルトニアンにおいて軸対称磁場を軸対称磁場と摂動磁場の和で置き替えることによって摂動磁場を含めることにより、軸対称平衡磁場に対して構築された粒子運動のラグランジアンのシンプレクティック構造を変えずにGT5Dシミュレーションを行うことが可能となる。ドリフト運動論方程式をモンテカルロ法で計算する新古典輸送コードFORTEC-3Dと計算結果のベンチマークを行った。その結果、シングルヘリシティの摂動磁場で評価したNTVはGT5DとFORTEC-3Dで同様の共鳴面にピークする分布となることがわかった。

A magnetic field perturbation in tokamak plasmas plays a key role in determining the intrinsic rotation and velocity shear, since even a small perturbation can break the axisymmetry in the toroidal direction and induces the finite neoclassical toroidal viscosity (NTV). A simulation study for the NTV evaluation in an axisymmetric tokamak with a small resonant magnetic field perturbation using the full-f gyrokinetic Eulerian code GT5D is presented. The magnetic field perturbation is included in the particle orbit of GT5D only through the Hamiltonian by replacing the axisymmetric magnetic field with the sum of the axisymmetric field and the perturbation, which enables us to perform GT5D simulations without changing the symplectic structure of the single-particle Lagrangian constructed for the equilibrium (axisymmetric) magnetic field. Numerical results are benchmarked with those obtained by the neoclassical transport code, FORTEC-3D, which solves the drift kinetic equation by Monte Carlo method. The NTV of GT5D with a single-helicity perturbation is found to have a similar peaked profile around the resonant surface as that of FORTEC-3D.