Effects of "sharpness" of the plasma cross-section on the MHD stability of tokamak edge plasmas

トカマク周辺プラズマのMHD安定性に対するプラズマ断面の尖り度の影響について

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

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の原因の一つは、トカマク周辺領域で現れる理想MHDモードであることが明らかにされており、その安定性は周辺部のプラズマ閉じこめ性能に影響を与える。この理想MHDモードは、中間程度のトロイダルモード数n(5n30)を持つ「ピーリング・バルーニングモード」と呼ばれており、その安定性は楕円度や三角度などのパラメータで表されるプラズマ形状に依存することが理論的・実験的に明らかにされてきた。本研究では、このピーリング・バルーニング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「尖り度」を定義し、このパラメータの安定性に対する影響を数値計算により調べた。その結果、尖り度を大きくすることはトカマク周辺領域の理想MHD安定性を改善することを明らかにし、さらにこの安定化効果は平衡の三角度が比較的小さい場合に特に有効であることを示した。これにより、この尖り度がH-modeプラズマの閉じこめ性能を改善するうえで重要なパラメータであることを示した。

Stability of a peeling, a ballooning, and a 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 or bottom of the outermost flux surface. It is found that the stability limit of the 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.