Numerical analysis of the effect of fast-ion losses on plasma rotation in a tokamak with toroidal field ripple

トロイダル磁場リップルを伴うトカマクにおいて高速イオン損失がプラズマ回転に与える影響の数値解析

本多 充; 滝塚 知典; 福山 淳*; 吉田 麻衣子; 小関 隆久

Honda, Mitsuru; Takizuka, Tomonori; Fukuyama, Atsushi*; Yoshida, Maiko; Ozeki, Takahisa

トロイダル磁場リップルによって引き起こされる高速イオン損失の運動量輸送に対する影響を数値シミュレーションによって調べた。シミュレーションは、一次元多流体輸送コードTASK/TXに、リップル捕捉粒子と非捕捉粒子を分けて取り扱うなどして輸送コードに適する形に構築したリップル輸送モデルを組合せて行った。シミュレーション結果は、JT-60Uでリップル損失が大きい場合に観測されている周辺部逆回転の実験結果と定性的に一致した。リップル損失によって径方向外向きの高速イオン電流が流れ、それに伴いバルクプラズマに帰還電流が流れ、その結果生成されたトルクがプラズマをプラズマ電流とは逆向きに駆動することが示された。トロイダル回転速度の平衡値は垂直粘性と全体のトルクとのバランスによって決定されていることがわかった。

The effect of fast-ion losses due to the toroidal field ripple on the toroidal rotation is studied through numerical simulations. The simulations are carried out by utilizing a multi-fluid one-dimensional transport code, TASK/TX, with ripple transport model suitable for implementing one-dimensional transport codes. Simulation results are qualitatively consistent with the experiments in JT-60U. It is shown that the return current associated with the outward radial fast-ion current due to the ripple loss flows inward in the bulk plasma and the resultant torque drives the plasma toroidally in the counter direction of the plasma current. The equilibrium value of the toroidal rotation velocity is determined by the balance between the perpendicular viscosity and the total torque.