Effect of the aspect ratio on the stability of tokamak edge MHD modes

トカマク周辺MHDモードの安定性に対するアスペクト比の影響

相羽 信行; 徳田 伸二; 小関 隆久

Aiba, Nobuyuki; Tokuda, Shinji; Ozeki, Takahisa

周辺MHDモードの安定性に対するプラズマのアスペクト比の影響を数値的に調べた。一般に、アスペクト比を小さくすることは磁気井戸を深くすること及び磁気シアを大きくすることから圧力駆動型MHDモードを安定化すると考えられている。一方、周辺部ペデスタル領域ではブートストラップ電流が流れることにより圧力駆動モードの第二安定領域と呼ばれる領域に入るため、安定限界圧力勾配はピーリング・バルーニングモードと呼ばれるMHDモードの安定性によって制限されている。このモードの安定性は圧力勾配だけでなくプラズマ電流の影響も受けて決定される。そのためプラズマ周辺部に流れることのできる電流量はこのピーリング・バルーニングモードによって制限されてしまい、前述の第二安定領域へのアクセスが阻害される可能性がある。本研究では、アスペクト比の変化が周辺部MHD安定性に与える影響を、バルーニングモードの第二安定領域へのアクセス性の変化という観点から解析を行い、アスペクト比の減少が周辺部安定限界圧力勾配を低下させる可能性を明らかにした。

In tokamaks, since small aspect ratio makes the magnetic well deeper and increases the magnetic shear, the pressure driven MHD modes become stable. Near the edge pedestal, the edge pedestal pressure gradient can be improved due to accessing to the second stability region of a ballooning mode, and the maximum pressure gradient is restricted by the stability of a peeling-ballooning mode, which depends on not only the pressure gradient but also the amount of the edge current density. Since the stability threshold value of the edge current density hardly depend on the aspect ratio, the lower stability boundary value of the magnetic shear increases as the aspect ratio decreases, and the second stability region becomes narrower. From the viewpoint of the accessibility to the second stability region, we investigate the effect of the aspect ratio on the stability of edge MHD modes, and reveal that the maximum pressure gradient sometimes decreases as the aspect ratio becomes smaller.