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石井 康友; Smolyakov, A. I.*; 武智 学
Nuclear Fusion, 49(8), p.085006_1 - 085006_10, 2009/08
被引用回数：29 パーセンタイル：71.01(Physics, Fluids & Plasmas)反転磁気シアプラズマは高性能トカマクプラズマを生成するための有力なプラズマ配位の1つであるが、低プラズマ圧力領域でのディスラプション発生確率が高く、このようなディスラプションの機構解明と回避手法の開発が緊急の研究課題である。本論文では、プラズマ回転効果を含む自発的DTM,外部駆動型DTMの非線形MHDシミュレーションを行うことにより、内外共鳴面で観測される揺動の差異を説明する物理モデルを構築するとともに、外部揺動による低圧力ディスラプションのトリガー機構を解明した。また、強い回転シアにより、自発的及び外部駆動型DTMの非線形不安定化が抑制できることを明らかにした。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
Plasma and Fusion Research (Internet), 3, p.048_1 - 048_7, 2008/08
本研究では、回転プラズマ中に外部揺動により駆動される磁気島の発生と成長に関して、非線形電磁流体(MHD)シミュレーションにより得られた新たな知見を、プラズマ・核融合学会において招待講演として発表する。本研究により、高温プラズマに対応するプラズマパラメータ領域では、外部駆動磁気島の急激な成長を引き起こす過程が、これまでの理論モデルとは異なることを明らかにした。また、非線形段階に新たな成長領域が存在することを発見した。このような外部駆動磁気島は、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす重要な機構の1つとして重要な研究課題となっている。これまでの研究では、磁気島が剛体として運動すると仮定していた。しかしながら、高温プラズマに対応する低抵抗性プラズマパラメータでの非線形シミュレーションを行ったところ、磁気島は剛体ではなく特異な形状変形を引き起こすことが明らかになった。また、このような特異な形状変形が2次的磁気再結合を引き起こすことを明らかにした。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
Nuclear Fusion, 47(8), p.1024 - 1032, 2007/08
被引用回数：9 パーセンタイル：31.46(Physics, Fluids & Plasmas)本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす重要な機構の1つである、流れのあるプラズマ中での外部揺動による磁気島の形成機構を調べた。トカマクプラズマでは種々の外部揺動により、本来安定な領域に磁気島が形成される場合がある(外部駆動磁気島)。これまでは、外部駆動磁気島が急激に成長するための外部揺動の臨界値が主な研究対象であった。本研究では、高温プラズマに対応した低衝突領域での外部駆動磁気島の非線形成長を数値シミュレーションで調べることにより、新たな非線形成長領域が存在することを見いだした。この領域では、初期に形成されたX-点が変形し、2次的な磁気再結合が生じる。これまでは、磁気島の内部に働くトルクは一様で、磁気島は剛体として扱われてきた。しかし本研究により、磁気島内部に働くトルクの分布は非一様であり、これまでの予測とは異なる磁気島の変形をもたらすことがわかった。このような磁気島の変形が2次的磁気再結合を引き起こしている。このようなX点近傍での磁場のトポロジー変化は、ブートストラップ電流の分布変化を通じて、新古典ティアリングモードの発生臨界値に影響すると考えられる。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。本研究では、広範な抵抗値領域に対して数値シミュレーションを行うことにより、低い抵抗値領域で抵抗効果が顕著になる領域が存在することを明らかにした。これまでの研究では、強制磁気島は内部構造を持たない剛体として取り扱われていた。しかしながら、本研究により、磁気島の内部における非一様なトルク分布が磁気島の変形を引き起こし、初期のX点近傍での2次的な磁気再結合が生じていることが明らかになった。このようなX点近傍での磁場のトポロジー変化は、X点近傍でのブートストラップ電流の変化を通じて、新古典ティアリングモードの発生臨界値に影響すると考えられる。
石井 康友; 安積 正史*; Smolyakov, A. I.*
Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1243 - 1248, 2006/12
被引用回数：1 パーセンタイル：3.47(Physics, Fluids & Plasmas)本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。これまでの理論的予測では、プラズマ流が存在すると、磁気島を形成するための外部摂動の臨界値が存在し、その臨界値が抵抗値及び粘性値に依存すると考えられていた。本研究では数値シミュレーションにより、現実のトカマク放電のパラメータ領域近傍では、この臨界値が抵抗値には依存するが、粘性値にはほぼ依存しないことを明らかにした。また、流れのあるプラズマ中でのこのような磁気島の成長には、散逸依存領域と散逸非依存領域が存在することを見いだした。
Smolyakov, A. I.; Lazzaro, E.*; Coelho, R.*; 小関 隆久
Physics of Plasmas, 9(1), p.371 - 374, 2002/01
被引用回数：8 パーセンタイル：27.06(Physics, Fluids & Plasmas)新古典テアリングモードは、ブートストラップ電流を用いた高
プラズマの性能向上を制限するものとして精力的な研究が行われている。イオン慣流電流(イオン分極電流)は磁気島の安定化効果があると考えられており、本論文はシアープラズマ流のイオン慣性電流への影響を調べた。その結果、磁気島端において局所プラズマ流があり、それによる磁気島内に循環する流れがある場合に、磁気島の安定化効果があることを示した。一方、磁気島内に流れのない場合は不安定化に働く。
武井 奈帆子; 小関 隆久; Smolyakov, A. I.*; 諫山 明彦; 林 伸彦; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.386 - 389, 2002/00
高
プラズマにおいてプラズマ性能を制限する要因として重要視されている新古典テアリングモード(NTM)の発生機構を解明するうえで重要であるプラズマ回転と圧力勾配を考慮したイオン分極電流モデルの検証と評価をJT-60Uの実験データを用いて行った。解析を行った放電において、NTMなしの放電ではトロイダル回転の効果によりイオン分極電流項がモードの安定化に効いており、NTMありの放電においては逆に不安定化されていることがわかった。この結果より、回転を考慮したイオン分極モデルは実験結果を矛盾しないことがわかった。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、回転プラズマに外部揺動を加えた場合の、回転の減衰と磁気島の急激な成長におけるアルフベン共鳴と粘性の効果を明らかにした。プラズマの回転速度と粘性値に依存して、外部揺動により形成される電流シートの共鳴面に対する空間位置及びその時間変化が異なる。本研究で、アルフベン共鳴による電流シート分布の粘性値依存性を調べたところ、高粘性領域では中性面に単一ピークを持つ一方、低粘性領域では内外のアルフベン共鳴面にピークを持つことがわかった。低粘性領域ではプラズマ回転が局所的に減衰する一方、高粘性領域では径方向の広範な領域で減衰する。その結果、プラズマ回転の減衰過程が異なるため、高粘性領域では中性面近傍に電流シートが形成されるにもかかわらず、磁気島が急激に成長する時刻が遅くなることを明らかにした。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、非線形電磁流体(MHD)シミュレーションにより、外部駆動された磁気島の成長過程を調べた。本研究により、外部駆動磁気島の急激な成長時刻とプラズマ回転の減衰機構の関係を明らかにした。また、非線形段階に新たな成長領域が存在することを発見した。このような外部駆動磁気島は、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす重要な機構の1つとして重要な研究課題となっている。これまでの研究では、磁気島が剛体として運動すると仮定していた。しかしながら、高温プラズマに対応する低抵抗性プラズマパラメータでの非線形シミュレーションを行ったところ、磁気島は剛体ではなく特異な形状変形を引き起こすことが明らかになった。また、このような特異な形状変形が2次的磁気再結合を引き起こすことを明らかにした。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
回転プラズマに外部揺動を加えた場合の、磁気島の成長過程を明らかにした。特にこれまでの標準的な理論では考慮されていなかった、プラズマ回転によるアルフベン共鳴面と磁気中性面の空間位置のずれの効果を調べた。本研究で、アルフベン共鳴による電流シート分布の粘性値依存性を調べたところ、高粘性領域では中性面に単一ピークを持つ一方、低粘性領域では内外のアルフベン共鳴面にピークを持つことがわかった。低粘性領域ではプラズマ回転が局所的に減衰する一方、高粘性領域では径方向の広範な領域で減衰する。その結果、プラズマ回転の減衰過程が異なるため、高粘性領域では中性面近傍に電流シートが形成されるにもかかわらず、磁気島が急激に成長する時刻が遅くなることを明らかにした。また、低粘性領域では、磁気島の急激な成長の後に、二次的磁気再結合を伴う遷移領域が現れることを明らかにした。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、回転プラズマに周期的に時間変動する外部揺動を加えた場合の、磁気島の長時間成長特性を明らかにした。回転プラズマ中に外部揺動により駆動される磁気島の時間発展に関しては、これまでおもに、磁気島が急激に成長し始める臨界条件を中心に理論研究が行われてきた。しかしながら、実験観測の理論的解釈に対しては、このような外部駆動磁気島が急激に成長した後の長時間成長特性が重要である。本研究では、プラズマ中心領域や端領域で発生するMHDモードを外部揺動とした場合の外部駆動磁気島の長時間成長を数値シミュレーションにより調べた。これまでの理論モデルでは、外部揺動が有限な値から減少していくと、逆遷移が起こり、磁気島が消失すると考えられていた。しかしながら、高温プラズマに対応した低抵抗値に対しては、外部揺動が零になった後も磁気島が有限時間存在することを明らかにした。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、回転プラズマで起こる外部揺動により駆動された磁気島の突発的発生と長時間成長に関する研究成果を報告する。外部揺動に対する回転プラズマの非線形応答は、新古典ティアリングモードや抵抗性壁モードの発生と成長等のトカマクプラズマの高性能化にとって重要な基礎過程である。これまでの理論研究は線形理論モデルを中心に研究されてきたが、近年の理論・シミュレーション研究により、現実のトカマクプラズマに近いパラメータに対しては成り立たないことが示されている。本研究では、高温プラズマを対象としたパラメータ領域に対して得られた、(1)外部駆動磁気島の突発的発生,(2)長時間成長と2次的磁気再結合,(3)周期的外部揺動に対する回転プラズマの応答に関しての報告を行う。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、ダブルティアリングモード(自発的DTM)及び外部揺動で駆動されるDTM(外部駆動型DTM)に、プラズマ回転が与える影響を調べることにより、実験的に観測される複数の物理現象を単一の物理モデルで説明することに成功した。反転磁気シアプラズマは高性能トカマクプラズマを生成するための有力なプラズマ配位の1つであるが、低プラズマ圧力領域でのディスラプション発生確率が高く、このようなディスラプションの機構解明と回避手法の開発が緊急の研究課題である。これまでの研究では、非線形不安定化DTMが有力な理論モデルと考えられてきたが、内外の共鳴面で観測される揺動の差異、プラズマ端でのMHD揺動によるディスラプションのトリガー機構は説明できなかった。本研究では、プラズマ回転効果を含む自発的DTM,外部駆動型DTMの非線形MHDシミュレーションを行うことにより、外側共鳴面での先駆的な磁気島形成,内部共鳴面での磁気島の発生,内外磁気島の相互作用による突発的磁気島成長を一連の物理機構として説明することができた。本物理モデルに基づき、プラズマ回転を維持することによる、ディスラプション回避の可能性を示した。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その全体的な描像は未解明である。本研究では、広範なプラズマパラメータ領域に対して数値シミュレーションを行うことにより、強制磁気島の成長においては低抵抗領域において抵抗値が支配的となる現象が存在することを見いだした。この現象により、新古典ティアリングモードを引き起こす種磁気島の長時間成長は、標準的なRutherford型モデルとは異なる可能性がある。この結果は、実験計測と理論予測を比較する際に重要になる。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その全体的な描像は未解明である。本研究では、広範なプラズマパラメータ領域に対して数値シミュレーションを行うことにより、強制磁気島の成長においては低抵抗領域において抵抗値が支配的となる現象が存在することを見いだした。この現象は、初期に形成されるX点近傍での磁気再結合過程を伴っており、トカマクプラズマのみならず、太陽プラズマのフレア現象における重要な素過程と密接に関連すると考えられる。この現象により、新古典ティアリングモードを引き起こす種磁気島の長時間成長は、標準的なRutherford型モデルとは異なる可能性があり、トカマクプラズマでは、実験計測と理論予測を比較する際に重要となる可能性がある。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、回転プラズマ中で外部駆動された磁気島の非線形成長がプラズマパラメータに依存して、異なった成長特性を持つことを発見した。プラズマの回転速度と粘性値に依存して、外部揺動により形成される電流シートの共鳴面に対する空間位置が異なる。プラズマパラメータに依存して、アルフベン共鳴により形成される電流シートの中性面からの位置が変化する。本研究で、アルフベン共鳴による電流シート分布の粘性値依存性を調べたところ、高粘性領域では中性面に単一ピークを持つ一方、低粘性領域では内外のアルフベン共鳴面にピークを持つことがわかった。このような電流シート分布の違いにより、プラズマ回転の減衰過程が異なるため、低粘性プラズマでは外部駆動磁気島の急激な成長に引き続き2次的磁気再結合が発生するが、高粘性プラズマでは急激な成長の後、直ちにRutherford-like領域で成長することがわかった。
石井 康友; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、先進プラズマ閉じ込め配位の1つである反転磁気シアプラズマの低プラズマ圧力ディスラプションの物理機構と回避手法を提示する。これまでの研究では、非線形不安定化DTM(double tearing mode)が有力な理論モデルと考えられてきたが、内外の共鳴面で観測される揺動の個別の成長、プラズマ端でのMHD揺動が中心領域でのディスラプションを引き起こすトリガー機構は説明できなかった。本研究では、プラズマ回転効果を含む自発的及び外部駆動型DTMの非線形MHDシミュレーションを行うことにより、外側共鳴面での先駆的な磁気島形成,内部共鳴面での磁気島の発生,内外磁気島の相互作用による突発的磁気島成長という多段階の現象を、単一の物理モデルで再現することに成功した。また、本物理モデルに基づき、プラズマ回転を維持することにより、自発的及び外部駆動型DTMによるディスラプションが回避できることを明らかにした。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、非線形電磁流体(MHD)シミュレーションにより外部駆動された磁気島の非線形段階に新たな成長領域が存在することを発見した。このような外部駆動磁気島は、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす重要な機構の1つとして重要な研究課題となっている。これまでの研究では、磁気島が剛体として運動すると仮定していた。しかしながら、高温プラズマに対応する低抵抗性プラズマパラメータでの非線形シミュレーションを行ったところ、磁気島は剛体ではなく特異な形状変形を引き起こすことが明らかになった。また、このような特異な形状変形が2次的磁気再結合を引き起こすことを明らかにした。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その全体的な描像は未解明である。本研究では、広範なプラズマパラメータ領域に対して数値シミュレーションを行うことにより、磁気島の構造変形が低抵抗領域での磁気島成長の抵抗値依存性を引き起こすことを見いだした。この磁気島の変形は、磁気島に作用するトルクの2次元分布により引き起こされることを明らかにした。この現象により、新古典ティアリングモードを引き起こす種磁気島の長時間成長は、標準的なRutherford型モデルとは異なる可能性があり、トカマクプラズマでは、実験計測と理論予測を比較する際に重要となる可能性がある。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
no journal, ,
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その全体的な描像は未解明である。本研究では数値シミュレーションにより、現実のトカマク放電のパラメータ領域近傍では、磁気島の急激な成長を引き起こす臨界値が抵抗値には依存するが、粘性値にはほぼ依存しないことを明らかにした。また、流れのあるプラズマ中でのこのような磁気島の成長には、散逸依存領域と散逸非依存領域が存在することを見いだし、高温プラズマでは散逸依存領域が支配的となる可能性を示した。この結果は、実験計測と理論予測を比較する際に重要となる。
