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Effect of equilibrium properties on the structure of the edge MHD modes in tokamaks

トカマクプラズマにおける周辺MHDモードの構造に対する平衡量の影響についての解析

相羽 信行; 林 伸彦; 滝塚 知典; 徳田 伸二; 小関 隆久

Aiba, Nobuyuki; Hayashi, Nobuhiko; Takizuka, Tomonori; Tokuda, Shinji; Ozeki, Takahisa

エッジローカライズモード(ELM)の原因の1つである周辺理想MHD不安定性のモード構造に対する平衡量、特にプラズマ断面形状と周辺部ペデスタル領域よりも内側の圧力分布の影響について数値解析を行った。その結果、ペデスタル領域の幅は同じであってもペデスタル領域よりも内側の圧力勾配を大きくすることにより、モード構造がプラズマ中心方向に広がった不安定性が発生すること、さらにこのようなモード構造の広がりはプラズマ断面形状が強く非円形化されている(楕円度・三角度が大きい)方が顕著に表れることを明らかにした。これは、非円形度の大きいプラズマではペデスタルを含むプラズマ周辺領域とそれよりもプラズマ中心に近い領域におけるバルーニングモードの安定化効果の差が大きくなるため、ペデスタル内側における圧力勾配がペデスタル領域における安定限界圧力勾配よりも小さくてもバルーニングモードの安定限界に近づくことが可能となることにより、ペデスタル・ペデスタル内側の各領域を跨いだ構造を持つ不安定モードが現れることが原因であることを示した。

We investigate numerically the effects of the equilibrium properties on the structure of the edge MHD modes in tokamaks. In particular, we focus on the effects of the plasma shape and the pressure profile inside the top of the pedestal. As the results of numerical analyses, we find that the structure of the unstable MHD mode expands to the plasma core region even when the width of the edge pedestal region, and the mode structure can expand deeply in strongly-shaped plasmas. This deeply expansion in strongly-shaped plasma is because the difference of the stabilizing effect of the ideal ballooning mode between the plasma edge region (including the edge pedestal region) and the region inside the pedestal in strongly shaped plasma is larger than that in weakly shaped plasma. This difference allows to destabilize the MHD mode whose structure extend from the edge pedestal region to the region inside the pedestal in strongly shaped plasma.

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