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Effects of "Sharpness" of the plasma cross-section on the stability of peeling-ballooning modes in tokamaks

トカマクプラズマにおけるピーリング・バルーニングモードの安定性に対する"尖り度"の影響

相羽 信行; 徳田 伸二; 滝塚 知典; 栗田 源一; 小関 隆久

Aiba, Nobuyuki; Tokuda, Shinji; Takizuka, Tomonori; Kurita, Genichi; Ozeki, Takahisa

トカマク周辺領域で現れる理想MHDモードは、H-modeプラズマにおいて発生するエッジローカライズモード(ELMs)の原因のひとつであり、周辺部のプラズマ閉じ込め性能に影響を与える。この理想MHDモードはピーリング・バルーニングモードと呼ばれる中間のトロイダルモード数n($$sim$$5$$leq$$n$$leq$$$$sim$$30)を持つものであり、その安定性は楕円度,三角度と呼ばれるパラメータで表されるプラズマの形状に依存することが理論的・実験的に示されてきた。本研究では同モードの安定性に影響を与える新たな形状パラメータとして「プラズマ上部における尖り度」を最外殻磁気面の上端における曲率を用いて定義し、このパラメータに対するピーリング・バルーニングモードの安定性の影響を調べた。数値計算の結果、尖り度を大きくすることはトカマク周辺の理想MHD安定性を改善することを明らかにし、同パラメータが閉じ込め性能の良いH-modeプラズマを実現するうえで重要な形状パラメータであることを示した。

Stabilities of peeling, ballooning and peeling-ballooning modes, which relate to edge-localized modes (ELMs), are investigated numerically with the linear ideal magnetohydrodynamic (MHD) stability code MARG2D. Effects of "sharpness" on the stability of the peeling-ballooning mode are examined, where the sharpness is defined in terms of the curvature at the top and bottom of the outermost flux surface. It is found for the first time that the stable pressure gradient significantly improves as the sharpness increases even when the ellipticity and the triangularity are unchanged. The sharpness is an important parameter for high performance H-mode operations with high pedestal pressure.

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