Finite orbit width effect on the neoclassical toroidal viscosity in the superbanana-plateau regime

スーパーバナナ・プラトー領域における新古典トロイダル粘性に対する有限軌道幅効果

松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   ; 佐竹 真介*

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

プラズマ輸送研究において、トカマク型プラズマ閉じ込め装置内における非軸対称成分を持つ摂動磁場の効果が閉じ込め性能向上や不安定性制御の観点から注目されている。近年、摂動磁場が駆動する衝突性粘性について、従来より広く用いられてきたバウンス平均理論モデルと大域的運動論シミュレーションの両者で得られた結果が一致しないことが指摘され、その物理機構の解明が課題となっていた。本研究では、二つの異なるモデルに基づいた大域的運動論シミュレーションを用いて解析を行い、従来型のバウンス平均理論との差異について検討した。その結果、理論モデルと大域的シミュレーションの不一致が、(1)大域的な粒子軌道の効果によって粒子が実効的に感じる摂動磁場強度が弱まること、(2)大域的な粒子軌道に沿った位相混合によって速度空間構造が減衰すること、の二つに起因することを明らかにした。

Effects of non-axisymmetric magnetic field perturbations on plasma transport in tokamaks have attracted much attention from the view point of the control of the plasma performance and instabilities. Recent studies pointed out that there exists qualitative discrepancy in predicting the collisional viscosity driven by the perturbation between a theoretical bounce-averaged model and a global kinetic simulation. Clarifying the cause of the discrepancy by understanding the underlying mechanism is a key issue to establish a reliable basis for the NTV predictions. In this work, we perform two different kinds of global kinetic simulations for the NTV. As a result, it is first demonstrated that the discrepancy arises owing to the following two mechanisms; (1) the effective magnitude of the perturbation becomes weak due to the finite orbit width of the global particle orbit, and (2) the velocity space structures are damped by the phase mixing along the global particle orbit.