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粒子コードを用いた局所近似ドリフト運動論モデルによる新古典トロイダル粘性計算法

Neoclassical toroidal viscosity calculation method by a particle code based on a local approximation drift-kinetic model

佐竹 真介*; 洲鎌 英雄*; 菅野 龍太郎*; 松岡 清吉 ; 井戸村 泰宏   ; Huang, B.*

Satake, Shinsuke*; Sugama, Hideo*; Kanno, Ryutaro*; Matsuoka, Seikichi; Idomura, Yasuhiro; Huang, B.*

外部摂動磁場や誤差磁場によって完全な軸対称性が崩れたトカマクにおいて生じる新古典トロイダル粘性(NTV)は、摂動磁場が微弱であってもトロイダル回転分布に影響を与えるた め、その正確な評価方法が必要とされている。従来より、バウンス平均ドリフト運動論方程式を局所近似(径方向ドリフトを無視)して解析的数値的に解く手法が広く用いられてきた。しかし、近年、我々が開発した、$$delta f$$及びfull-$$f$$モデルに基づく大域的な運動論シミュレーションを用いた結果から、従来のバウンス平均理論モデルが予測するSuperbanana-plateau領域と呼ばれる新古典トロイダル粘性が衝突周波数に依存しない衝突周波数領域が大域的シミュレーションでは現れず、一方で、二つの大域的シミュレーションで得られるNTVの衝突周波数依存性はよく一致することが明らかになった。この、理論モデルと大域的シミュレーションの差異について、最近の研究でトロイダル歳差ドリフトの磁気シア依存性の理論モデルにおける取り扱いの不備が指摘されている。本発表では、局所近似した粒子シミュレーションを用いて、この歳差ドリフトの磁気シア依存性がNTV評価に与える影響を調べ、理論モデルと大域的シミュレーションにおけるNTV評価の不一致の原因について議論する。

The accurate evaluation of the neoclassical toroidal viscosity (NTV) driven by non-axisymmetric external perturbation and/or error field in a tokamak plasma is an important topic in the fusion research, since it can make an influence on the plasma toroidal rotation. This has been widely done so far by analytically and numerically solving the bounce-averaged drift-kinetic equation based on the so-called local approximation, under which the radial drift the particle is neglected. Recently, we have developed two global kinetic simulations based on $$delta f$$ and full-$$f$$ models respectively. It has been shown that the so-called Superbanana-Plateau collisionality regime expected in the bounce-averaged theory, in which the NTV is independent of the collisionality, is not observed in both global kinetic simulations. On the other hand, however, the two global simulations reproduce the similar collisionality dependencies of the NTV. With regard to the discrepancy of the theory and the global kinetic simulations, it has been recently pointed out that the effect of the magnetic field shear on the toroidal precession drift is not retained in the theory. In this study, we perform particle simulations, which is based on the local approximation, for the NTV. We discuss the cause of the discrepancy of the difference between the bounce-averaged local theory and the global kinetic simulations by investigating the effect of shear on the toroidal precession drift using the local particle simulations.

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