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論文

Plasma rotation effects on magnetic island formation and the trigger of disruptions in reversed shear plasma

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:23 パーセンタイル:68.72(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。

論文

Formation and long term evolution of an externally driven magnetic island in rotating plasmas

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。

論文

Nonlinear evolution and deformation of driven magnetic islands in rotating plasmas

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:34.53(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。

論文

Explosive growth and nonlinear dynamics of the forced magnetic island

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。

論文

Magnetic island evolution in rotating plasmas

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:3.81(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。

論文

Role of the shear flow profile on the stability of magnetic islands

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:28.75(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$$beta$$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。

論文

Analysis of toroidal rotation effects of the ion polarization current on the neoclassical tearing mode

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

$$beta_{p}$$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。

口頭

Rapid evolution of the magnetic island in the rotating plasma

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。

口頭

回転プラズマ中での磁気島の急激な成長と長時間成長

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。

口頭

回転プラズマにおける外部駆動された磁気島の長時間成長

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。

口頭

流れのあるトカマクプラズマ中での強制磁気島の長時間挙動

石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*

no journal, , 

本研究はトカマクプラズマの高性能化を阻害する磁気島の形成機構を数値シミュレーションを中心に調べた研究である。本研究では、流れのあるプラズマ中で予測される突発的な磁気島発生に関して、高温プラズマに対応した低抵抗領域での外部揺動による磁気島(強制磁気島)の生成過程に着目した。その結果、通常の磁気再結合理論とは異なり、低抵抗領域で磁気再結合過程が顕著になるとともに、その後の長時間成長の特性を支配する過程を見いだした。本発表では、トカマクプラズマにおいて重要な流れのあるプラズマ中での磁気島形成に関する研究を題材とし、天体プラズマや実験室プラズマなどのプラズマ物理学一般で重要な磁気再結合機構に関する研究成果を示す。

口頭

回転プラズマ中での強制磁気島の急激な成長と長時間挙動

石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*

no journal, , 

本研究はトカマクプラズマの高性能化を阻害する磁気島の形成機構を調べたものである。本研究では、流れのあるプラズマ中における、初期に磁気島形成に関して安定な共鳴面に対して、外部揺動により励起される磁気島を研究対象としている。本研究では、高温トカマクプラズマに対応した、低い抵抗値領域での非線形電磁流体シミュレーションを行うことにより、このような強制磁気島が、これまでの予測とは異なった成長過程を経ることを見いだした。この新たに見いだされた成長過程は、電気抵抗に支配される物理機構でありながら、抵抗値が低くなるほど顕著になる磁気再結合機構であることを明らかにした。

口頭

流れのあるプラズマ中での外部揺動による磁気島成長

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。

口頭

Explosive growth and nonlinear dynamics of the forced magnetic island

石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*

no journal, , 

本研究は、トカマクプラズマの高性能化を阻害する主要な原因の1つと考えられている新古典磁気島(NTM)の発生及び成長機構に関する理論・シミュレーション研究である。NTMに関するこれまでの理論・シミュレーションでは、NTMのもとになる種磁気島の発生臨界値やRutherford型成長を仮定した場合の成長過程の研究が中心であった。本研究では、プラズマ回転を考慮した、高温プラズマに対応したパラメータ領域での種磁気島の生成シミュレーションを行うことにより、種磁気島がこれまでの理論予測とは異なった成長過程を経ることを見いだした。新たに見いだされた成長過程では、エネルギー的に安定なティアリングモードにおける2次的磁気再結合機構の存在が明らかになった。このような、流れのあるプラズマ中での2次的磁気再結合機構は、太陽フレアや実験室プラズマで観測される突発的エネルギー放出過程でも重要な研究課題となっている。

口頭

回転プラズマ中での外部駆動磁気島の変形と2次的磁気再結合の励起

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。

口頭

Plasma rotation effects on the driven magnetic island evolution

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。

口頭

回転プラズマにおけるアルフベン共鳴の外部駆動磁気島生成への影響

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。

口頭

流れのあるトカマクプラズマ中での外部揺動による磁気島の形成

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。

口頭

外部揺動による回転プラズマ中での磁気島の成長

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。

口頭

Plasma rotation effects on the externally driven magnetic island formation

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、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、高粘性領域では、磁気島内のトルク分布が比較的一様であるが、低粘性領域では、磁気島のX-点近傍とO-点近傍で逆方向のトルクが働いている。この結果、高粘性領域では磁気島は剛体的な運動をするが、低粘性領域では、磁気島が特異な変形を引き起こし、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。

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