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Nonlinear acceleration of the electron inertia-dominated magnetohydrodynamic modes due to electron parallel compressibility

電子慣性に支配されたMHDモードの電子平行方向圧縮性による非線形加速

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明

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

磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。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、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(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、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、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。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。

The behavior of the collisionless magnetohydrodynamics modes is investigated by the gyro-kinetic particle simulation in a cylindrical tokamak plasma in the parameter region where the effects of electron inertia and electron parallel compressibility are competitive for magnetic reconnection. Although the linear growth of the $$m=1$$ internal kink-tearing mode is dominated by the electron inertia, it is found that the growth rate can be nonlinearly accelerated due to the electron parallel compressibility proportional to the ion sound Larmor radius $$rho_s$$. It is also found that, as decreasing the electron skin depth $$delta_e$$, the maximum growth rate before the internal collapse saturates independently of the microscopic scales such as $$delta_e$$ and $$rho_s$$. The acceleration of growth rate is also observed in the nonlinear phase of the $$m=2$$ double tearing mode.

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分野:Physics, Fluids & Plasmas

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