MHD limits to tokamak operation and their control

トカマク運転に対する電磁流体力学的制約とその制御

Zohm, H.*; Gantenbein, G.*; 諫山 明彦; Keller, A.*; La Haye, R. J.*; Maraschek, M.*; Mck, A.*; 長崎 百伸*; Pinches, S. D.*; Strait, E. J.*

Zohm, H.*; Gantenbein, G.*; Isayama, Akihiko; Keller, A.*; La Haye, R. J.*; Maraschek, M.*; Mck, A.*; Nagasaki, Kazunobu*; Pinches, S. D.*; Strait, E. J.*

本論文は、トカマクの運転における電磁流体力学的な制約を、電流・密度・圧力の観点からまとめたレビューである。トカマクでは、電流や密度の限界に達すると通常ディスラプションにより放電が終了するが、各々の限界から離れた領域で運転することによりこれらの限界を回避できると考えられている。高密度化による閉じ込め性能の劣化や高電流化(すなわち低安全係数化)によるディスラプション頻度の増大を考慮すると、このような限界近傍での運転はあまり好ましくなく、上の方針は妥当なものであると考えられる。一方、新古典テアリングモード(NTM)や抵抗性壁モード(RWM)による限界は低く、これらの制約を受けると将来の核融合炉が経済的に運転できなくなる可能性がある。したがって、これら2つの不安定性を能動的に制御する研究が現在行われている。電子サイクロトロン電流駆動によるNTM安定化に関してはめざましい進歩があった。鋸歯状振動制御やプラズマ回転によるNTMやRWMの回避に関しても有望な成果が得られた。また、外部コイルによるRWM安定化実験に関してもよい初期結果が得られた。

A review of magnetohydrodynamic limits to tokamak operation in terms of current, density and pressure is given. Although the current and density limits in a tokamak usually lead to disruptive termination of the discharge, it is argued that these can be avoided by staying away from the respective limits. This is especially true since operation close to these limits is not really desirable, due to the decreased confinement at very high density and the high disruptivity at low q. On the other hand, the limit to plasma pressure set by neoclassical tearing modes (NTMs) and resistive wall modes (RWMs) is too low to guarantee economic operation of future fusion reactors. Therefore, active control of these two instabilities is now being studied. Noticeable progress has been made by NTM stabilization with ECCD. Avoidance of NTMs and RWMs by tailoring sawteeth and spinning the plasma, shows promising results. Also, experiments on direct RWM stabilization by active coils are showing their first encouraging results.