Impact of ion diamagnetic drift effect on MHD stability at edge pedestal of rotating tokamaks

回転トカマクプラズマ中における周辺ペデスタル領域のMHD安定性に対するイオン反磁性ドリフト効果

相羽 信行; 本多 充; 神谷 健作

Aiba, Nobuyuki; Honda, Mitsuru; Kamiya, Kensaku

非圧縮仮定とFrieman-Rotenberg方程式の導出方法を用いて線形ドリフトMHD方程式を解く数値コードMINERVA-DIを開発し、このコードを用いてエッジローカライズモードの原因となるトカマク周辺MHD安定性の数値解析を行った。その結果、イオン反磁性ドリフト効果により強く安定化されたトカマク周辺MHD安定性であっても、プラズマ回転によって安定化効果が無効化されうることを明らかにした。また、この効果は、プラズマの粒子種、特に有効質量および有効電荷に対して強く依存していることを示した。この成果を基に、JT-60U実験装置で観測されたtype-Iエッジローカライズモードが発生していたプラズマの数値実験解析を行った。その結果、プラズマ回転を考慮していない場合にはイオン反磁性ドリフト効果によって強く安定化され、ELMが観測されたプラズマの運転点と数値解析で示されたMHD安定限界が大きく離れていたが、プラズマ回転を考慮することでこの安定化効果が無効化されてMHD安定性解析結果が実験結果をよく再現できることを示した。

We derived a linearized drift MHD equation derived with Frieman-Rotenberg formalism and an incompressible assumption. A linearized drift MHD code, MINERVA-DI, was developed to solve this equation, and has been applied to the stability analysis of MHD modes at tokamak edge pedestal. As the result, it was found that plasma rotation can cancel the well-known stabilizing effect by an ion diamagnetic drift. The impact of plasma rotation on the ion diamagnetic drift effect depends on the ion species due to changing effective mass and effective charge. Based on these understandings, the MHD stability of type-I ELMy H-mode plasmas in JT-60U was analyzed with MINERVA-DI. When the plasma is assumed as static, the MHD stability boundary is far from the operation point observed experimentally, and the ion diamagnetic effect kept the boundary away further. However, by taking into account plasma rotation, the stability boundary shifts close to the operation point even when the ion diamagnetic drift effect is taken into account.