Effects of a sheared toroidal rotation on the stability boundary of the MHD modes in the tokamak edge pedestal

トカマク周辺ペデスタルにおけるMHDモードの安定限界に対するトロイダル回転の影響について

相羽 信行; 徳田 伸二; 古川 勝*; 大山 直幸; 小関 隆久

Aiba, Nobuyuki; Tokuda, Shinji; Furukawa, Masaru*; Oyama, Naoyuki; Ozeki, Takahisa

Type-I周辺局在モード(ELM)の原因である「周辺部ペデスタル領域において不安定化する理想MHDモード」の安定性に対するトロイダル回転の影響について数値解析を行った。この解析を実現するために、回転の影響を考慮した線形理想MHD方程式(Frieman-Rotenberg方程式)を解く数値解析コードMINERVAを開発し、同コードを用いることで「回転シアを持つトロイダル回転は周辺局在理想MHDモードを不安定化する」ことを明らかにした。この不安定化効果に対して平衡の安全係数分布が影響を与えることも示した。この原因として、トロイダル回転の影響が不安定化するMHDモードが短波長であるほど強く表れること、そしてこの不安定モードの波長は安全係数分布に強く依存していることが重要であることを明らかにした。

Effects of a toroidal rotation are investigated numerically on the stability of the MHD modes in the tokamak edge pedestal, which relate to the type-I edge-localized mode (ELM). A linear MHD stability code MINERVA is newly developed for solving the Frieman-Rotenberg equation that is the linear ideal MHD equation with flow. Numerical stability analyses with this code reveal that the sheared toroidal rotation destabilizes edge localized MHD modes, and this rotation effect becomes stronger as the toroidal mode number of the unstable MHD mode increases in case that the toroidal mode number is smaller than 40. Since the toroidal mode number of the unstable MHD mode strongly depends on the safety factor profile, the destabilizing effect of the toroidal rotation is affected by the safety factor profile. The sheared toroidal rotation also has an impact on the mode structure of the edge localized MHD mode, and the mode structure can become narrower as the toroidal rotation increases.