Benchmark of the local drift-kinetic models for neoclassical transport simulation in helical plasmas

ヘリカルプラズマにおける新古典輸送局所近似モデルのベンチマーク

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

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

プラズマ中の衝突性輸送(新古典輸送)を記述するドリフト運動論方程式に関して、近年、ゼロ軌道幅(ZOW)モデルと呼ばれる新たな局所近似近似モデルが提案されている。本研究では、ZOWモデルに基づく新古典輸送評価の妥当性を検証することを目的として、典型的な3つのヘリカル型磁場配位LHD, HSX, W7-Xのプラズマについて、種々の近似モデルを用いた新古典輸送及び平行方向フローのベンチマーク計算を実施した。その結果、ZOWモデルによる新古典輸送は径電場が大きく粒子のドリフトが大きい時には従来型の近似モデルをほぼ再現することを示した。また、従来型近似モデルを用いた場合には、ドリフトが小さく磁場ドリフトと同程度になった際に生じる非物理的な大きな新古典輸送が生じるが、このような非物理的な輸送の増大がZOWモデルでは生じないことも明らかになった。

The drift kinetic equation describes the collisional (neoclassical) transport in plasmas. Recently, a novel radially-local approximation of the drift kinetic equation, which is called the zero orbit width (ZOW) model, is proposed. In this work, as a numerical verification of the neoclassical transport based on the ZOW model, we perform a series of benchmarks of the neoclassical transport and the parallel flow in three helical magnetic configurations using various types of radially-local approximation models including the ZOW model. We found that the neoclassical transport of the ZOW model can reproduce that based on the other models when the radial electric field and thus the drift is large. Also, it is demonstrated that an unphysical large radial transport, which arises in the neoclassical transport of the other models when the drift is small and compared to the magnetic drift, can be mitigated in the ZOW model.