プラズマ乱流による電流異常拡散とそれに伴う異常輸送に関する理論的研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03680004
• Research Institution: University of Tokyo,
• Principal Investigator: 吉田 善章 東京大学, 工学部, 助教授 (80182765)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森川 惇二 東京大学, 工学部, 教務職員 (70192375) ; 二瓶 仁 東京大学, 工学部, 助手 (70010973) ; 小川 雄一 東京大学, 工学部, 助教授 (90144170) ; 井上 信幸 東京大学, 工学部, 教授 (60023719)
• Keywords: プラズマ / 乱流 / カオス / 異常輸送 / ヘリシティー / MHD緩和

Research Abstract

カオティックな磁場構造に関する基礎的研究を行った。
ポアンカレーの定理によって示されたように、少なくとも一つ対称性を持つ磁場は磁気面を持つ。軸対称プラズマではポロイダル磁束関数のレベルセットがトロイダル状の磁気面を与えるが、テアリング不安定性等によって軸対称性が破られると、磁気カオスが発生し得る。KAM理論によって知られているように、磁気カオスは異なるヘリシティーを持つ磁気島のオーバーラッピングによって発生する。磁気島同士の非線形相互作用をモデル化することによって、非線形連立常微分方程式系を導出し、その数値実験によって実際のトカマクプラズマを模擬したパラメータで磁気カオスが発生するプロセスをシミュレートできた。このモデル方程式系はベナール対流のロレンツモデルに類以した構造を持つ。しかし方程式の導出は、ヘリシティー輸送理論(本研究計画平成3年度成果)に基づくプラズマ物理独特の理論的方法によっている。
第二の研究テーマとして、乱れた磁場中を伝播するアルフベン波のスペクトルを研究した。極めて単純でありながら厳密かつ物理的本質を保つ定式化を行ない、準周期摂動が連続スペクトルを点スペクトルに変化させる事を証明した。この様なアルフベン波スペクトルの変化は、近年核燃焼プラズマに於いて重要な不安定性モードになるとして注目されるTAEモードに関連している。本研究は、TAE的なモードは磁場のカオティックな乱れに起因するアンダーソン局在によってピン止めされたアルフベン波の固有モードと考えて良いことを示した。

Research Products

• [Publications] Z.Yohida,A.Hasegawa: "Anomalous Transports Associated with the Helicity Transport in a Plasma" Physics of Fluids B. 3. 3059-3064 (1991)
• [Publications] Z.Yoshida,: "Anomalous Impedance and Anomalous Ion Heating Due to Gyrorelaxation through Magnetohydrodynamic Fluctuations" Physics of Fluids B. 4. 1534-1538 (1992)
• [Publications] Z.Yoshida: "Quasiperiodic Perturbations for the Alfven-Wave Continuous Spectra" Physical Review Letters. 68. 3168-3171 (1992)
• [Publications] Z.Yoshida,A.Hasegawa: "Transit-time Magnetic Pumping Induced by Spontaneous Fluctuations in a Magnetohydrodynamic Relaxation Process" Physics of Fluids B. 4. 3013-3015 (1992)