Nonlinear behaviour of collisionless double tearing mode induced by electron inertia

電子慣性に誘起された無衝突ダブルテアリングモードの非線形的振る舞い

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明*

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

核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、電子慣性等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、これらプラズマの粒子性を物理的に忠実に取り扱う観点から、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、反転磁気シア配位トカマクにおける磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。反転磁気シア配位において二つの共鳴面の距離が近いと、互いの共鳴面における摂動が結合し、ダブルテアリングモード(DTM)と呼ばれる内部モードが生じる。高温プラズマにおいて電子慣性により誘起される運動論的DTMは、抵抗性モデルにより予期されるものより、速い内部崩壊を引き起こし得ることが明らかとなった。さらに、内部崩壊により掃き出された電流は、DTMが作り出した静電ポテンシャルに導かれて凹型に再集中し得ることが明らかになった。本研究は、低ベータ負磁気シア実験におけるディスラプション機構の一端を示しており、またDTMを経た電流分布の再分配により負磁気シア配位を再構築し得ることを示唆している。

A gyrokinetic particle simulation is executed to clarify the effect of the electron inertia on the MHD phenomena in the reversed shear configuration (RSC) of a cylindrical tokamak plasma. It is found that the collisionless (kinetic) double tearing modes grow up at the Alfvn time scale, and nonlinearly induce the internal collapse when the helical flux at the magnetic axis is less than that at the outer resonant surface. After the internal collapse, the secondary reconnection is induced by the current concentration due to the convective flow. It is also clarified that a nonlinear dynamics accompanied with the elementary processes caused by the flow can generate a new RSC with resonant surfaces. In the presence of the density gradient, after the full reconnection induced by the mode, the radial electric field is found to be generated due to the difference of the motion between ions and electrons. However, the intensity of the radial field is not so large as that induced by the collisionless kink mode.