Numerical study of the ripple resonance diffusion of alpha particles in tokamaks

トカマクにおけるアルファ粒子のリップル共鳴拡散に関する解析研究

三又 秀行*; 谷 啓二*; 筒井 広明*; 飛田 健次; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*

Mimata, Hideyuki*; Tani, Keiji*; Tsutsui, Hiroaki*; Tobita, Kenji; Iio, Shunji*; Shimada, Ryuichi*

トカマクのリップル磁場中におけるアルファ粒子について、軌道追跡モンテカルロコードを用いて拡散係数のエネルギー依存性を調べた。拡散係数はリップル共鳴エネルギーから少し離れた高エネルギー及び低エネルギー側で増長され、ちょうど共鳴エネルギーと重なるところでは極小値を持つ、いわばM字型の依存性を持つことが明らかになった。リップル共鳴はバナナ粒子の歳差運動とリップルの位置が同じ位相で重なるために生ずるもので、粒子軌道のトロイダル角とポロイダル角の位相空間上に生ずるアイランド構造がこのような拡散係数のM字型の依存性を引き起こしている。このようなリップル共鳴拡散は核融合反応で生成したアルファ粒子の減速過程において顕著になると考えられる。

The energy dependence of the diffusion coefficients of alpha particles in rippled magnetic fields of tokamaks are numerically investigated with an orbit following Monte Carlo code. The diffusion coefficients are enhanced around the ripple resonance energy while they are reduced and has a minimum near the resonance energy, and hence they have an M-shaped dependence on the energy. The ripple resonance is caused by a radial change of the toroidal precession of banana particles, and creates islands in the phase space related with the toroidal and poloidal angles. Since the particles outside the separatrix mainly contribute to the diffusion, the M-shaped energy dependence is explained by both island structure and initial distribution of particles in the phase space. Such a ripple resonant diffusion is dominant for fusion-produced alpha particles in the slowing down process.