Impact of plasma rotation on linear MHD physics in tokamaks; Theory and numerical applications

トカマクプラズマにおける線形MHD安定性に対するプラズマ回転の影響; 理論及び数値解析

相羽 信行; 白石 淳也; 廣田 真; Cooper, W.*; Gruber, R.*

Aiba, Nobuyuki; Shiraishi, Junya; Hirota, Makoto; Cooper, W.*; Gruber, R.*

トロイダル方向の回転だけでなくポロイダル方向の回転も考慮することでドップラーシフトの効果が変化し、これまで理論・数値的に解釈が困難であったエッジローカライズモードの性質がトロイダル回転の向きによって異なるという実験観測結果を定性的に再現できることを明らかにした。また、プラズマ回転の影響を考慮することで、負磁気シアプラズマにおいては回転の影響で一度安定化された抵抗性壁モード(RWM)が再不安定化されうることを数値的に明らかにするとともに、この再不安定化の原因が安定化されたRWMと安定な理想MHDモードの結合による可能性が高いことを示した。なお、このような再不安定化は正磁気シアプラズマでは見られなかった。さらに、RWMの安定性に対するプラズマ回転の影響をより詳細に解析することを可能にする新たな数値接続法によるMHD安定性解析手法を開発し、同手法を利用した解析の一例として、プラズマ中のどの領域における回転がRWM安定性に最も影響を与えるかについて評価した。

The authors identified that plasma poloidal rotation sometimes plays an important role for ideal MHD stability due to changing the Doppler-shift frequency. As the result, the stability of edge localized MHD mode can depends on the direction of toroidal rotation; this dependence is qualitatively consistent with the experimental results observed in JT-60U. Plasma rotation is also responsible for the stability of resistive wall mode (RWM). In reversed shear plasmas, plasma rotation once stabilize RWM but destabilize this again when rotation frequency reaches to certain frequency. This re-destabilization is thought to be related to the coupling between RWM and a stable MHD wave. By developing a new numerical matching method, we realize to identify rotation effect on RWM stability in more detail, and as one of examples, we identified the most important resonant surface responsible for stabilizing RWM.