周辺プラズマ輸送に対する大ポロイダル・ラーモア半径と大マッハ数の効果

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07680518
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 岡本 正雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部・理論・データ解析研究系, 教授 (70115541)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅野 龍太郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (30270490) ; 村上 定義 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (40249967) ; 市口 勝治 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (90211739) ; 中島 徳嘉 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (30172315)
• Keywords: プラズマ輸送 / 周辺プラズマ / ポロイダル・ラーモア半径 / マッハ数 / 平衡粘性 / フォッカー・プランク方程式 / 磁気島 / 非線形衝突モデル

Research Abstract

トカマク等のH・モード放電等においては、プラズマ周辺部で、ポロイダル・ラーモア半径が温度や密度の特徴的長さと比べて同程度かそれ以上になり、また、ポロイダル・マッハ数が多くなることがある。このような場合のプラズマの回転(流れ)や径電場、平行粘性、主イオンと不純物イオンの挙動の差などを研究し、また、大小の磁気島を多数含む乱れた磁場中での粒子や熱の異常輸送を研究する。これにより、周辺プラズマの輸送に関する基礎過程を明らかにし、また、従来全く扱われなかったパラメータ領域で新しいプラズマ物理を開拓しようとするものである。プラズマの回転(流れ)、平行粘性、主イオンと不純物イオンの回転の差などは、衝突性輸送の現象であり、衝突性輸送は粒子軌道とクーロン衝突過程でのみ決まる。このような輸送過程は新古典理論で扱われるが、H.モード等では、ポロイダル・ラーモア半径がプラズマの特徴的長さと比べて同程度かそれ以上の時、また、ポロイダル・マッハ数が大きい時は、従来の新古典理論は全く成立しない。新古典理論で扱えない新しいパラメータ領域を開拓するためには、まず、粒子数、運動量、エネルギーが厳密に保存される衝突モデルを確立せねばならない。代表者及び分担者は、Fokker-Planck方程式を再現しうる非線形衝突モデルを確立した。
平成7年度は上記目的を達成するため以下のことを行った。
1.非線形モンテカルロ衝突モデルの妥当性
これまでに開発した非線形モンテカルロ衝突モデルをスクレイプオフ層のプラズマに応用しその妥当性を調べた。その結果、衝突周波数が大きいSOLプラズマでは、熱伝達係数、2次電子の効果等理論と良く一致することがわかり、また非線形衝突モデルでしか研究できない無衝突SOLプラズマに対する速度空間の効果も研究し新しい知見を得た。これにより非線形モンテカルロ衝突モデルが本研究の遂行に有効であることがわかった。
2.磁気島を含む乱れた磁場中の粒子・熱輸送の研究
大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマの平衡が「HINT」コードにより数多く得られているが、これらの平衡は磁気島生成も含んでいる。磁気島も含む平衡プラズマ中で、モンテカルロ法により多数の粒子を追跡するプログラムコードを開発した。
3.揺動が新古典輸送に与える効果を理論的に研究し軸対称系、非軸対称系ともにオンサガ-の対称性が成立することを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 汪工星・岡本正雄,他: "A Monte Carlo Simulation Model for the Steady-State Plasma in SOL" Research Report of National Institute for Fusion Science. NIFS-391. (1995)
• [Publications] 汪工星・岡本正雄,他: "An Accurate Nonlinear Monte Carlo Collision Operator" Research Report of National Institute for Fusion Science. NIFS-345. (1995)
• [Publications] 洲鎌英雄・岡本正雄,他: "Transport Processes and Entropy Production in Toroidal Plasmas with Gytokinetic Electromagnetic Turbulence" Research Report of National Institute for Fusion Science. NIFS-395. (1996)
• [Publications] 村上定義・中島徳嘉,他: "Orbital Aspects of Reachable B Value in NBI Heated Heliotron/Torsatrons" Research Report of National Institute for Fusion Science. NIFS-354. (1995)
• [Publications] 岡本正雄: "新古典輸送概論" Research Report of National Institute for Fusion Science. NIFS-PROC25. (1995)