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相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二
no journal, ,
トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに回転シアは不安定モードの波長が長い場合はほとんど安定性を変えないが、波長が短くなるにつれて不安定化効果を持ち、さらにある程度以上短くなると反対に安定化効果を持ちうることを明らかにした。このような安定化・不安定化の分岐点は不安定モードの波長と回転シア、及びプラズマ平衡の磁気シアとの兼ね合いで決まっていると考えられ、今後さらなる理論・数値解析を進めることでこの原因を特定することを目指す。
B flow宮戸 直亮; Scott, B. D.*; Strintzi, D.*; 徳田 伸二
no journal, ,
強いEB流を含む修正された案内中心基本1-形式を導出した。そのシンプレクティック部分は流れの項あるいは時間依存性を含まない。したがって、その1-形式のシンプレクティック部分は強い流れのない標準的な場合と形式的に同じであり、それは形式的に標準的なラグランジュ括弧及びポアソン括弧を与える。この結果、案内中心ハミルトン方程式はEB流が時間変化する場合でも一般的な形を保つ。一方で、案内中心ハミルトニアンは従来のものよりも複雑になるが、トカマクのHモード周辺部や反転磁気シアトカマク中の内部輸送障壁領域など、局所化した輸送障壁領域ではハミルトニアンを簡単にすることができる。変分原理を用いて、案内中心座標でのブラソフ方程式及びポアソン方程式を導いた。このブラソフ-ポアソン系でのエネルギー保存則はネーターの定理により得られる。
本多 充; 滝塚 知典; 福山 淳*; 竹永 秀信; 吉田 麻衣子; 小関 隆久
no journal, ,
1次元多流体輸送コードTASK/TXにおける乱流粒子輸送の特性を探るとともに、中性粒子がコアにおける密度分布形成に与える影響を調べた。TASK/TXでは乱流粒子輸送は磁力線に垂直方向の電子とイオンの運動量交換という形で記述されている。そのモデルでは乱流輸送を起こすことができる一方、入力拡散係数と異なる実効拡散係数が観測されていた。現状のモデルでは拡散以外にも外向きのピンチを同時に起こしているのが原因であることを解析的手法で明らかにし、シミュレーションによって確認した。またモデリングによってピンチを打ち消すことに成功し、純粋な乱流拡散を再現した。密度が中心でピーキングし乱流による内向きピンチが存在しているように見える状態でも、コアに十分な熱中性粒子の供給がある場合は実際はプラズマは外向きピンチとなっていても密度ピーキングが起こることをシミュレーションで確認し、その現象が起こる物理機構を調べた。
廣田 真; 徳田 伸二
no journal, ,
安定性や波と平均場の相互作用,弱乱流などの理論において、波の作用の保存則は基本的な概念である。本研究では、この分野でよく用いられる短波長近似を使わずに、任意の固有モードや連続モードに対する波の作用を求める手法を導いた。波の作用が保存することは断熱不変性として議論することができる。具体的に、この保存則は固有モードと連続モードが共鳴相互作用した場合の安定性判別において重要となる。
白石 淳也; 徳田 伸二; 相羽 信行
no journal, ,
プラズマ回転による抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定化は、高性能定常トカマクにおいて最も喫緊な物理・工学的課題の一つである。本研究では、回転がある場合、安定性を決定する方程式の特異点の位置があらかじめ定まらないという数理的な問題があることを指摘する。この問題により、従来の漸近接続法では解析が行えない。RWMの場合、特異点の位置はあらかじめ定まらないが、ある有限な領域に存在しうる。そこで、本研究ではさらに、有限な内部層を用いる一般化された接続法を提案し、当手法により、上記の問題が解決できることを示す。また、一般化された接続法は、RWMのような外部モードで問題となる真空領域の特異点を解析できることを示す。一般化された接続法により、RWMの安定性における回転及び回転シア効果の接続法による解析が行える。
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。
徳田 伸二; 影井 康弘*
no journal, ,
最近、著者らは内部層の幅を有限とする、MHD安定性解析のための数値接続法を提案した。本研究では、内部層の幅がプラズマ半径より十分に小さいことを利用して内部層方程式を摂動的な手法によって解析的に解き、固有関数や固有値を決定する方法を論じる。まず、第一次近似の方程式から固有値を決める分散関係式が得られ、それは漸近接続法における分散関係式に相当する。次のオーダーの方程式を解く方法として、共役変数の併用するHamilton-Lie摂動論を提案した。
Jolliet, S.; McMillan, B. F.*; Bottino, A.*; Angelino, P.*; Lapillonne, X.*; Vernay, T.*; 井戸村 泰宏; Villard, L.*
no journal, ,
The global Particle-In-Cell ORB5 code [Jolliet, CPC, 2007] has been extended to include the kinetic response of trapped electrons. The gyrokinetic model is explained and a linear benchmark is presented. Nonlinear simulations show that, for the set of parameters considered, the influence of the zonal flows on Trapped-Electron-Mode turbulence is weak. These results are in agreement with previous results obtained with the flux-tube PIC code GEM [Lang, POP, 2008].
井戸村 泰宏
no journal, ,
Long time tokamak micro-turbulence simulations in open system tokamak plasmas are enabled for the first time based on a full-f gyrokinetic approach with self-consistent evolutions of turbulent transport and equilibrium profiles. In ion temperature gradient driven turbulence simulations in a normal shear tokamak with on-axis heating, key features of ion turbulent transport are clarified. It is found that stiff ion temperature Ti profiles are sustained with globally constant Lti= 
Ti/Ti' near a critical value, and a significant part of the heat flux is carried by avalanches with 1/f type spectra, which suggest a self-organised criticality. The Er shear strongly affects the directions of avalanche propagation and the momentum flux. Non-diffusive momentum transport due to the Er shear stress is observed and a non-zero (intrinsic) toroidal rotation is formed without momentum input near the axis.
Lesur, M.*; 井戸村 泰宏; Garbet, X.*
no journal, ,
To investigate instabilities driven by high-energy particles in a fusion plasma, we apply the so-called Berk-Breizman model, which is an augmentation of the 1D Vlasov-Poisson system including distribution relaxation and extrinsic damping. The nonlinear evolution of a perturbation is obtained by a semi-Lagrangian numerical code. We categorize the nonlinear behavior of the solutions in the whole parameter space for a cold bulk, weak warm beam distribution, and recover analytic predictions.