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摂動磁場印加トカマクにおける新古典トロイダル粘性の大域的運動論シミュレーション

Global kinetic simulations for neoclassical toroidal viscosity in perturbed tokamak plasmas

松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   ; 佐竹 真介*

Matsuoka, Seikichi; Idomura, Yasuhiro; Satake, Shinsuke*

軸対称トカマクにおいて、プラズマ回転分布に大きく影響する非軸対称磁場摂動の効果がプラズマ性能や不安定性制御の観点から注目されている。非軸対称摂動磁場は非両極性粒子輸送を誘起し、それによって新古典トロイダル粘性(NTV)が生じる。近年、NTV解析について、バウンス平均理論モデルと大域的運動論シミュレーションの両者で得られた結果が一致しないことが指摘され、その原因の解明が問題となっていた。本研究では、二つの異なる大域的運動論シミュレーションを用いた解析を行い、バウンス平均理論との差異について検討した。その結果、NTV解析における理論モデルとシミュレーションの不一致が、理論モデルにおいて仮定されている共鳴条件の不備と摂動磁場に起因する遷移粒子軌道の存在、の二つに起因していることを明らかにした。

Effects of non-axisymmetric magnetic field perturbations have attracted much attention from the view point of the control of the plasma performance and instabilities. The perturbations cause the neoclassical toroidal viscosity (NTV) due to the non-ambipolar particle transport. Recent studies pointed out that the qualitative discrepancy of the NTV prediction exist between a theoretical bounce-averaged model and a global kinetic simulation. It is crucial to clarify the cause of the discrepancy to establish a reliable basis for the NTV predictions. In this work, we perform two types of global kinetic simulations for the NTV to investigate the discrepancy from the theoretical model. As a result, it is first demonstrated that the discrepancy arises due to the following two mechanisms; the absence of the magnetic field shear effect in the bounce-averaged model and the so-called transient particle orbit caused by the non-axisymmetric perturbations.

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