新古典トロイダル粘性についての大域的運動論シミュレーション研究

Global kinetic simulation study on neoclassical toroidal viscosity

松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   ; 佐竹 真介*

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

JT-60やITERをはじめとした軸対称トカマク型装置において、誤差磁場や外部印加摂動等に起因する非軸対称磁場の効果がプラズマ閉じ込め性能や不安定性制御の観点から注目されている。非軸対称摂動磁場がある場合、新古典トロイダル粘性(NTV)と呼ばれる粘性が生じ、その評価法の確立が重要な課題となっている。近年、NTV解析について、従来から広く用いられているバウンス平均モデルに基づいたsuperbanana-plateau理論と大域的運動論シミュレーションで得られたNTV解析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、二つの大きく異なる大域的運動論シミュレーションを用いたNTV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、superbanana-plateau理論と大域的運動論シミュレーション間の不一致が、superbanana-plateau理論において仮定されている、歳差運動周波数についての共鳴条件の不備と摂動磁場による粒子軌道状態の遷移現象、の二つに起因していることを初めて明らかにした。

Effects of non-axisymmetric magnetic field perturbations caused by error fields and external perturbations have attracted much attention in many axisymmetric tokamak devices such as JT-60 and ITER from the view point of the control of the plasma confinement performance and instabilities. The non-axisymmetric perturbations cause the neoclassical toroidal viscosity (NTV), and establishing a reliable basis for the evaluation/prediction of the NTV becomes important. Recent studies pointed out that the qualitative discrepancy with regard to the evaluation of the NTV exist between a widely-used superbanana-plateau theory based on the bounce-averaged model and a global kinetic simulation. Hence it is crucial to clarify the cause of the discrepancy. In this work, we perform two different 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 owing to the following two mechanisms in the theory; one is the insufficient resonance condition with regard to the precession drift, and the other is the transition processes of the particle orbit caused by the non-axisymmetric perturbations.