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論文

Nonlinear acceleration of the electron inertia-dominated magnetohydrodynamic modes due to electron parallel compressibility

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 12(9), p.092505_1 - 092505_7, 2005/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.49(Physics, Fluids & Plasmas)

磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。

論文

Generation of radial electric field induced by collisionless internal kink mode with density gradient

松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 内藤 裕志*

Physics of Plasmas, 10(1), p.195 - 203, 2003/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:81.71(Physics, Fluids & Plasmas)

高温プラズマにおける磁力線の再結合現象の要因として、温度上昇に伴い低減する電子の衝突による抵抗に加えて、温度に依存しない電子慣性などのプラズマの粒子性に起因する運動論的な効果が重要な役割を担うと考えられる。本研究ではプラズマ中における鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮した無衝突m=1モードのシミュレーションを行ってきた。完全磁気再結合過程は変化させない程度の密度勾配が、自己形成径電場、すなわちm=0モードを生成し、この径電場が二次再結合及び安全係数分布の時間発展等の完全再結合後の現象を大きく変化させることが明かにされた。径電場の成長メカニズムは、イオンと電子のE$$times$$Bドリフトの差異により説明され、その差異は磁場方向の電子の速い運動が引き起こしている。m=1モードによる対照的なフローにより、一度径電場が引き起こされると、m=0モードがm=1モードと同レベルまで成長し、イオン反磁性方向にE$$times$$Bプラズマ回転を駆動する。完全再結合後の密度及び電流分布、そして安全係数の最小値は、m=1及びm=0モードによる非対称フローによって大きく影響される。

論文

Effects of circulating energetic ions on sawtooth oscillations

Wang, S.; 小関 隆久; 飛田 健治

Physical Review Letters, 88(10), p.105004_1 - 105004_4, 2002/03

高エネルギーの順方向通過イオンによって内部キンクモードが安定化することを示す理論モデルを構築した。この理論モデルは、最近の実験における高エネルギー順方向通過イオンによる鋸歯状振動の安定化現象の解釈に適用できた。

論文

Gyro-kinetic particle simulation of m=1 internal kink mode in the presence of density gradient

松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 滝塚 知典; 内藤 裕志*

プラズマ・核融合学会誌, 75(10), P. 1194, 1999/10

プラズマにおける鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、円柱プラズマにおける運動論的m=1内部キンクモードのシミュレーションを行った。一様密度の場合の成長率よりも小さい反磁性周波数を与える密度勾配は、このモードの線形成長課程に及ぼす影響は小さく、プラズマは完全磁気再結合を伴って内部崩壊することが示された。しかし、再結合後に自己生成する径電場のために、非線形課程が大きく変化することが明らかになった、これは、一様密度の場合に得られたトロイダル電場の対照的な流れは、非一様密度の場合は密度勾配によって生じる径電場により対称性が破られることが原因と考えられる。この結果、電流の再集中が阻害され、二次的な磁力線再結合が抑制されることが明らかになった。本発表では、数値トカマク研究におけるこれらの成果を報告する。

論文

Complex behavior of internal collapse due to self-generated radial electric field

松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 滝塚 知典; 内藤 裕志*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.2, p.97 - 100, 1999/00

プラズマ中における鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、円柱プラズマにおける運動論的m=1内部キンクモードのシミュレーションを行った。一様密度の場合の内部キンクモードの成長率よりも反磁性周波数が小さい場合、密度勾配は内部キンクモードの線形成長率に与える影響は小さく、磁力線の完全再結合が生じる。しかし、再結合後に自己生成する径電場のために、このモードの非線形過程が大きく変化する結果が得られた。一様密度の場合に得られたトロイダル電流の対称的な流れは、密度勾配によって生じる径電場により対称性が破られる。そのために電流の集中が阻害され、二次的な磁力線の再結合が制御されるという結果が得られた。本発表では、数値トカマク(NEXT)研究におけるこれらの成果を報告する。

報告書

Stability analysis of ITER plasmas with H-mode profiles

徳田 伸二; 小関 隆久

JAERI-Research 94-030, 13 Pages, 1994/11

JAERI-Research-94-030.pdf:0.62MB

ITER TAC4 H-モード分布の持つ理想MHD安定性の性質を調べた。主として、電流分布の変化が高-nバルーニング・モードおよびn=1モードの安定性に与える影響を解析した(n:トロイダル・モード数)。電流分布の変化は磁気軸上の安全係数の変化で特徴づけられ、このとき、全プラズマ電流は一定値に保たれる。このような変化に対して、高-nバルーニング・モードのベータ値限界はg$$_{T}$$=3.3の値を保つ(g$$_{T}$$:Troyon係数)。不安定なn=1モードは、q$$_{O}$$$$>$$1.0の場合、プラズマ周辺に強く局在し、そのベータ値限界はg$$_{T}$$=3.7である。q$$_{O}$$$$<$$0.9の場合、n=1モードの安定性は内部キンク・モードで決まり、q$$_{O}$$=0.8でベータ値限界はg$$_{T}$$=2.4に減少する。この安定性解析によってq$$_{O}$$を0.9以上に保ち、かつ、プラズマ周辺の電流分布を固定すればg$$_{T}$$=3.0のH-モード分布が実現されることが示された。

論文

Stability of the n=1 internal kink mode in plasmas with centrally peaked pressure

小関 隆久; 安積 正史

Journal of the Physical Society of Japan, 59(12), p.4338 - 4345, 1990/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

中心ピークした圧力分布を持つプラズマのn=1内部キンクモードの安定性を数値的に解析した。q=1面の内側で強くピークした圧力分布とパラボリックな圧力分布の比較によって、圧力分布の効果を検討した。また、プラズマ断面形状(すなわち、楕円度と三角度)の効果についても、上記の両方の圧力分布について検討した。圧力が強くピークしたプラズマは、パラボリックな圧力分布を持つプラズマより、q=1面内で定義されるポロイダルベータの限界値が高い。楕円度の増加によってこのポロイダル限界値が下がるが、ピークした圧力分布を持つプラズマにおいては、三角度を付ける事によって大きな改善が得られる。一方、n=1内部キンクの第2安定領域へアクセスするには、むしろ平坦な圧力分布で、q=1面が大きいプラズマの方が効果的である事が示された。

報告書

Effects of pressure profile and plasma shaping on the n=1 internal kink mode in JT-60/JT-60U pellet fuelled plsmas

小関 隆久; 安積 正史

JAERI-M 90-170, 23 Pages, 1990/10

JAERI-M-90-170.pdf:0.8MB

中心ピークした圧力分布を持つプラズマのn=1内部キンクモードの安定性を数値的に解析した。本研究では、JT-60トカマクにおける水素ペレット入射実験で観測された、q=1面内で強くピークした圧力分布を用いて解析を行なった。また、ピークした圧力分布とプラズマ形状(すなわち、楕円度と三角度)の効果についても、JT-60Uトカマクのために検討した。圧力が強くピークしたプラズマは、パラボリックな圧力分布をもつプラズマより、q=1面内で定義されるポロイダルベータの限界値が高い。楕円度の増加によってこのポロイダルベータ限界値が下がるが、ピークした圧力分布を持つプラズマにおいては、三角度を付けることによって大きな改善が得られる。一方、n=1内部キンクの第2安定領域ヘアクセスするには、むしろ平坦な圧力分布で、q=1面が大きいプラズマの方が効果的である事が示された。

論文

トカマクにおける鋸歯状振動

辻 俊二; 安積 正史

核融合研究, 61(5), p.287 - 306, 1989/05

トカマクにおける鋸歯状振動を、実験と理論の両面からレビューする。大型トカマクで観測される鋸歯状振動は前兆振動が無かったり、後続振動が現れたり、複合鋸歯状振動や巨大鋸歯状振動となったりして、複雑なふるまいを示す。Kadomtsevの磁場再結合モデルは、速い崩壊と、中心部のキンク的動きや冷たい泡の生成を明らかにしたトモグラフィー像とに矛盾する。ポロイダル磁場分布測定によると中心の安住係数が1を大きく切っている状態で内部崩壊が起きており、交換型モデルともくい違う。未だ鋸歯状振動を統一的に理解しうるモデルの構策には至っていないが、個々の現象についての理解は深まりつつある。MHDシミュレーションは、与えられた電流分布や圧力分布に対して崩壊現象のみを計算する手法から、輸送・加熱過程を取り入れて鋸歯状振動の全過程を矛盾なく理解しようとする方向に進んでいる。

報告書

計算機シミュレーションによるトカマク・プラズマの安定性の研究

徳田 伸二

JAERI-M 84-040, 90 Pages, 1984/03

JAERI-M-84-040.pdf:2.28MB

線形理想MHD安定性解析コードERATOによってトカマクプラズマの安定性を解析した。ポロイダル座標が任意の磁束座標系を選択できる高精度の写像法を開発した。トカマクの中性粒子入射加熱実験において、軟X線の信号が鋸歯振動から高周波の連続振動に変化することが観測されている。ERATOコードを用い、m=1内部キンク・モードの安定性を解析した。主として、ポロイダル・ベータ値、磁場のシィアが安定性に与える影響を調べ、鋸歯振動から高周波振動に変化するプラズマのパラメーター領域とm=1キンク・モードが不安定になるパラメーター領域とが定性的に一致することを示した。また、m=1内部キンク・モードに対する第二安定領域を見つけ、シィアおよび楕円度に対する第二安定領域の依存性を調べた。

報告書

改訂版ERATO-JによるMHD安定性解析

徳田 伸二; 常松 俊秀; 安積 正史; 滝塚 知典; 奈良岡 賢逸*; 竹田 辰興

JAERI-M 9899, 56 Pages, 1982/01

JAERI-M-9899.pdf:1.34MB

線型理想MHD安定性解析コード、ERATO-J、の4点の改良を行なった。(i)高精度写像モジュールを開発。この写像法により固有値の収束性が改良された。(ii)中間および高トロイダルモード安定性解析に不可欠な準モード表示法の追加。(iii)真空磁場計算へのベクトル・ポテンシャル法の採用。(iv)大次元疎行列の圧縮。以上の改良により精度及び計算効率が飛躍的に向上した。この改良版ERATO-Jを用いて、n=1内部キンク・モードおよびバルーニング・モードの安定性を行った。N=1内部キンク・モードに対する第2安定領域が見つかった。バルーニング・モードの成長率へのトロイダルモード数およびシアの影響が明らかになった。

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