不均一プラズマにおける乱流輸送の無次元数と相似則の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08680503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 若谷 誠宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00109357)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 祐司 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (20198245)
• Keywords: 非線形インターチェンジモード / トカマク / ステラレータ / レーリー数 / プラントル数 / ヌッセルト数 / ELM / レイノルズ応力

Research Abstract

不均一プラズマの乱流輸送を調べるために、本研究では非線形インターチェンジモードに注目した。インターチェンジモードは、トカマクプラズマやステラレータプラズマの表面近傍において不安定になり易い不安定性である。非線形インターチェンジモードを記述するモデル方程式を非圧縮MHD方程式系から導出し無次元化すると、無次元数として、レーリー数とプラントル数が表れる。また、非線形インターチェンジモードによる乱流輸送を特徴づける無次元数としてヌッセルト数を用いることができる。導出したモデル方程式系に基づく数値シュミレーションにより、インターチェンジモードが非線形発展するとレイノルズ応力によりプラズマ中にシア-流が形成されることを見出した。このようなプラズマ流を特徴づける無次元数としては、マッハ数を用いる。数値シュミレーションにより見出された結果は次のようにまとめられる。
1.レーリー数が10000を越えると、非線形インターチェンジモードによるシア-流の形成が顕著になり、インターチェンジモードによる渦とレイノルズ応力によるシア-流の相互作用が強くなり、乱流エネルギーに緩和振動が表れる。レーリー数を大きくするほど、緩和振動はより明確になり、インターミッテントな挙動を示すようになる。
2.レーリー数およびプラントル数を変化させて、乱流エネルギーの緩和振動の形状と周期を見ると、トカマクにおいてL-H遷移が生じた後、Hモードにおいて観測されているELM(Edge Localized Mode)と類似の挙動を示している。
3.乱流輸送に対応するネッセルト数の最大値はレーリー数の増大とともに大きくなるが、緩和振動の周期が長くなるので、時間平均を行って評価した乱流輸送はほとんど変わらない。

Research Products

• [Publications] A.Takayama: "Suppression of nonlinear interchange mode by zonal counterstreaming flow generation" Phys.Plasmas. 3. 3-5 (1996)
• [Publications] A.Takayama: "ELM mode lling based on the nonlinear interchange mode in edge plasma" Plasma Phys.Control.Fusion. 38. 1411-1414 (1996)
• [Publications] Y.Ishii: "Averaged Stellarator Equilibrium with Poloidal Flow" J.Plasma and Fusion Research. 72. 772-775 (1996)
• [Publications] Y.Nakamura: "Comparison of the Calculations of the stability Properties of a Specific Stellarator Equilibrium with Different MHD Stability Codes" J.Comp.Physics. 128. 43-57 (1996)
• [Publications] M.Wakatani: "Overview of Heliotron E results" Plasma Phys.Control.Fusion. 38. 937-988 (1996)