Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

トカマクプラズマにおけるtype-I ELMに対するプラズマ回転が与える影響の物理機構について

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

Aiba, Nobuyuki; Furukawa, Masaru*; Hirota, Makoto; Oyama, Naoyuki; Kojima, Atsushi; Tokuda, Shinji*; Yagi, Masatoshi

type-I ELMの原因である周辺MHD安定性に対するプラズマ回転が与える影響の物理機構について、新たな定義のポテンシャルエネルギーを導入することで議論した。それにより、トロイダル方向の差動回転により周辺MHDモードが不安定化する原因は、不安定モードの振動数とプラズマの回転周波数との間のずれであることを明らかにした。また、この不安定化効果は不安定モードが比較的短波長である場合により有効であることも新たに示した。この理解をもとに、新たにポロイダル方向の回転を考慮した解析を行い、その結果、プラズマがトロイダル・ポロイダルのどちらにも回転している場合、回転が安定性に与える影響が回転の向きによって変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで実験的に確認されている"プラズマのトロイダル回転方向に対するELMの性質の依存性"を説明しうるものである。

Mechanisms of plasma rotation on edge MHD stability is investigated numerically by introducing energies that are distinguished by physics. By comparing them, it is found that an edge localized MHD mode is destabilized by the difference between an eigenmode frequency and an equilibrium toroidal rotation frequency, which is induced by rotation shear. In addition, this destabilizing effect becomes effective in the shorter wavelength region. The effect of poloidal rotation on the edge MHD stability is also investigated. Under the assumption that the change of an equilibrium by poloidal rotation is negligible, it is identified numerically that poloidal rotation can have both the stabilizing effect and the destabilizing effect on the edge MHD stability, which depends on the direction of poloidal rotation. Numerical analysis demonstrates that these effects of plasma rotation in both toroidal and poloidal directions can play important roles on type-I ELM phenomena in JT-60U H-mode plasmas.