Effects of centrifugal modification of magnetohydrodynamic equilibrium on resistive wall mode stability

抵抗性壁モードに対する、遠心力による磁気流体力学平衡の変化の影響

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

Shiraishi, Junya; Aiba, Nobuyuki; Miyato, Naoaki; Yagi, Masatoshi

磁気流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)平衡におけるトロイダル回転の遠心力効果を考慮することにより、MHD安定性における回転の効果を自己無撞着に取り入れた。抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定性に対する回転の効果を解析するため、新しいコードを開発した。真空領域と抵抗性壁における電磁気学的な問題を解くモジュールRWMaCを開発し、回転プラズマにおける線形理想MHDダイナミクスを記述するFrieman-Rotenberg方程式を解くMINERVAコードに組み込んだ。MINERVA/RWMaCにより、トロイダル回転によるMHD平衡の変化が、RWMの成長率を減少させることを初めて示した。加えて、トロイダル回転が線形ダイナミクスにのみ影響を与える場合には安定化窓が存在しない場合でも、平衡の変化により安定化窓が現れることを示した。回転は、平衡の圧力、電流密度、質量密度を変化させ、回転の効果を含むポテンシャルエネルギーを変化させる。

Toroidal rotation effects are self-consistently taken into account not only in the linear magnetohydrodynamic (MHD) stability analysis but also in the equilibrium calculation. The MHD equilibrium computation is affected by centrifugal force due to the toroidal rotation. To study the toroidal rotation effects on resistive wall modes (RWMs), a new code has been developed. The RWMaC modules, which solve the electromagnetic dynamics in vacuum and the resistive wall, have been implemented in the MINERVA code, which solves the Frieman-Rotenberg equation that describes the linear ideal MHD dynamics in a rotating plasma. It is shown that modification of MHD equilibrium by the centrifugal force significantly reduces growth rates of RWMs. Moreover, it can open a stable window which does not exist under the assumption that the rotation affects only the linear dynamics.