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Extension of kinetic-magnetohydrodynamic model to include toroidal rotation shear effect and its application to stability analysis of resistive wall modes

トロイダル回転シア効果を含めた運動論的MHDモデルの拡張及び抵抗性壁モード安定性解析への応用

白石 淳也; 宮戸 直亮; 松永 剛; 本多 充; 林 伸彦; 井手 俊介

Shiraishi, Junya; Miyato, Naoaki; Matsunaga, Go; Honda, Mitsuru; Hayashi, Nobuhiko; Ide, Shunsuke

トカマクプラズマにおいて発生する電磁流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)モードに対する、トロイダル回転シア効果及び運動論的効果を解明するため、運動論的MHDモデルの拡張を行った。回転の効果を含む案内中心ラグランジアンを用いて、運動論的MHDモデルの再定式化を行った。その結果、案内中心の運動がコリオリ力と遠心力の効果を受けて、MHDモードと粒子運動の共鳴によるエネルギー項が拡張されることを示した。また、平衡の分布関数に回転の効果を入れることでも拡張を行った。これらの効果は、従来の運動論的MHDモデルでは見落とされてきた。この拡張された運動論的MHDモデルをトカマク配位における抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)解析コードMINERVA/RWMaCに実装し、ベンチマークに成功した。また、当コードをJT-60Uを模擬した平衡に応用し、回転シア効果によって、RWMが粒子運動と共鳴してエネルギーが減衰することが明らかになった。

Extension of the kinetic-magnetohydrodynamic (MHD) model is presented to include toroidal rotation shear effect for the first time. The sheared rotation is introduced through generalization of the guiding center Lagrangian, yielding two additional terms in a quadratic form of mode-particle resonance. Additionally, another new term is introduced by using the equilibrium distribution function with rotation effect. These three terms are overlooked in conventional models. The new model is applied to stability analysis of resistive wall modes (RWMs) successfully. Numerical results show that the rotation shear reduces RWM growth rates further, which is consistent with experimental results.

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