負のエネルギーを持つモードに起因するプラズマ流のMHD不安定性

Instabilities of magnetohydrodynamic flows caused by negative energy modes

廣田 真; 徳田 伸二

Hirota, Makoto; Tokuda, Shinji

MHD不安定性に対する流れの効果に近年関心が集っている。流れを持つプラズマに対してはエネルギー原理が成り立たず、負のエネルギーを持った波でも安定に存在し得るため、新たな理論的枠組みが必要となる。本研究では負のエネルギーを持つモードがどのような条件で現れ、不安定化するのかを、抵抗性壁モードを例にとって議論する。壁によって安定化された外部キンクモードは流れのドップラー効果によって負のエネルギーを持つようになる。壁における微小な抵抗はこのモードを不安定化させるため、安定条件を得るためには、散逸とは異なる物理機構が必要となる。

Effects of flows on the MHD instabilities have been drawing considerable attention. The standard energy principle, however, is not applicable to flowing plasmas, because waves with negative energy may be stable in such moving media. Additional theoretical framework is needed to study how negative energy modes occur and trigger instabilities, and we discuss it by taking the resistive wall mode as an example. The external kink mode, being stabilized by the wall, assumes negative energy when the Doppler shift due to the flow exceeds a critical value. The energy dissipation at the resistive wall destabilizes this mode. To attain stability condition, another physical mechanism different from dissipation must be taken into account.