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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。

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

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。

口頭

回転プラズマにおける外部駆動磁気島の長時間成長,2

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。

口頭

回転プラズマにおける外部駆動磁気島の発生と長時間成長

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。

口頭

反転磁気シアプラズマ中の磁気島相互作用に対する流れの効果

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。

口頭

Trigger of MHD activities by external magnetic perturbations

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。

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