Toroidal angular momentum balance during rotation changes induced by electron heating modulation in tokamak plasmas

トカマクプラズマにおける電子加熱変調による回転変化時のトロイダル角運動量バランス

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

大域的full-fジャイロ運動論モデルに基づく電子加熱変調数値実験から、電子加熱によるイオン温度勾配駆動(ITG)乱流から捕捉電子モード(TEM)乱流への遷移が密度勾配の急峻化とプラズマ回転の変化をもたらすことを示した。回転変化時のトロイダル角運動量バランスをトロイダル角運動量保存則の直接観測によって明らかにし、イオン系の乱流応力に加え、イオン系の新古典応力、径方向電流、イオン系と電子系のトロイダル電場応力が重要となることを示した。ITGフェーズとTEMフェーズにおけるトロイダルトルクの反転はイオン系方向電流の反転によるものであり、これは粒子輸送と運動量輸送の相互作用であることを明らかにした。イオン系と電子系の径方向電流は両極性条件を満たすようにバランスし、電子系の径方向電流は電子系のトロイダル電場応力によって打ち消される。これは電子系のトロイダル電場応力が間接的にトロイダルトルクに影響していることを示す。

An electron heating modulation numerical experiment based on a global full-f gyrokinetic model shows that transitions from ion temperature gradient driven (ITG) turbulence to trapped electron mode (TEM) turbulence induced by electron heating generate density peaking and rotation changes. Toroidal angular momentum balance during the rotation changes is revealed by direct observation of toroidal angular momentum conservation, in which in addition to ion turbulent stress, ion neoclassical stress, radial currents, and toroidal field stress of ions and electrons are important. Toroidal torque flipping between ITG and TEM phases is found to be related to reversal of the ion radial current that indicates coupling of particle and momentum transport channels. The ion and electron radial currents are balanced to satisfy the ambipolar condition, and the electron radial current is cancelled by the electron toroidal field stress, which indirectly affects toroidal torque.