Mechanism of stabilization of ballooning modes by toroidal rotation shear in tokamaks

トカマクにおけるトロイダル差動回転によるバルーニングモード安定化のメカニズム

古川 勝; 徳田 伸二

Furukawa, Masaru; Tokuda, Shinji

トロイダル回転するトカマク中のバルーニング摂動を、回転がない場合のバルーニングモードに関連した固有値問題の自乗可積分な固有関数系で展開した。特に、その固有値問題は、重み関数をうまく選ぶことにより離散スペクトルのみを持つようになっている。トロイダル差動回転によって、固有値が時間変化し、その結果、可算無限個の固有値の交叉が起こる。この交叉によって、不安定モードから安定モードへのエネルギー移送が起こる。これがバルーニングモード安定化のメカニズムである。

A ballooning perturbation in a toroidally rotating tokamaks is expanded by square-integrable eigenfunctions of an eigenvalue problem associated with ballooning modes in a static plasma. Especially a weight function is chosen such that the eigenvalue problem has only the discrete spectrum. The eigenvalues evolve in time owing to toroidal rotation shear, resulting in countably infinite number of crossings among them. The crossings cause energy transfer from an unstable mode to the infinite number of stable modes; such transfer works as the stabilization mechanism of the ballooning mode.