Generation of radial electric field induced by collisionless internal kink mode with density gradient

密度勾配を伴う無衝突キンクモードによる径電場の生成

松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 内藤 裕志*

Matsumoto, Taro; Tokuda, Shinji; Kishimoto, Yasuaki; Naito, Hiroshi*

高温プラズマにおける磁力線の再結合現象の要因として、温度上昇に伴い低減する電子の衝突による抵抗に加えて、温度に依存しない電子慣性などのプラズマの粒子性に起因する運動論的な効果が重要な役割を担うと考えられる。本研究ではプラズマ中における鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮した無衝突m=1モードのシミュレーションを行ってきた。完全磁気再結合過程は変化させない程度の密度勾配が、自己形成径電場、すなわちm=0モードを生成し、この径電場が二次再結合及び安全係数分布の時間発展等の完全再結合後の現象を大きく変化させることが明かにされた。径電場の成長メカニズムは、イオンと電子のEBドリフトの差異により説明され、その差異は磁場方向の電子の速い運動が引き起こしている。m=1モードによる対照的なフローにより、一度径電場が引き起こされると、m=0モードがm=1モードと同レベルまで成長し、イオン反磁性方向にEBプラズマ回転を駆動する。完全再結合後の密度及び電流分布、そして安全係数の最小値は、m=1及びm=0モードによる非対称フローによって大きく影響される。

Effects of density gradient on the collisionless m=1 internal kink mode in a cylindrical tokamak plasma are studied by the gyro-kinetic particle simulations. When the density gradient is not large enough to change the full reconnection process, the phenomena after the full reconnection, such as the secondary reconnection and the evolution of the safety factor profile, are changed considerably due to the self-generated radial electric field, i.e. the m=0 mode. The growing mechanism is explained by the difference of drift motion between ions and electrons, which is caused by the fast parallel motion of electron. Once the radial electric field is triggered by the symmetrical flow induced by the m=1 mode, the m=0 mode grows up to the same level as the m=1 mode, and drives an plasma rotation in the ion diamagnetic direction, which breaks the symmetrical plasma flow induced by the m=1 mode. The density and current distributions, and minimum safety factor after the full reconnection, are found to be affected by the asymmetrical flow driven by the m=1 and m=0 modes.