リップルトカマク/ヘリカル系プラズマにおける三次元MHD平衡とプラズマ電流の影響

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09680490
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中村 祐司 京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 助教授 (20198245)
• Keywords: リップルトカマク / ヘリカル系プラズマ / MHD平衡 / 磁気島 / プラズマ電流 / ヘリオトロン

Research Abstract

本研究では、リップルトカマクの三次元MHD平衡と、ヘリカル系プラズマのMHD平衡に対する正味のプラズマ電流の影響を調べることを目的としている。
リップルトカマクの自由境界平衡計算では、ペロイダルコイル系だけでなくトロイダルコイル系による磁場計算を必要とする。ヘリカル系プラズマに対しては、我々が開発した真空磁場計算コードKMAGを使用しているが、トロイダルコイルは円形コイルしか取り扱えず、実際のトカマクに対する計算が限られている。そこで、実際にトカマクで用いられているような形状の有限サイズトロイダルコイルを扱えるようにKMAGコードの改良を行った。次年度はこれを用いた実際の計算を行う。
有限プラズマ全電流が、ヘリカル系プラズマ平衡の磁気島形成に及ぼす影響は明らかでない。ここでは磁気面の存在を仮定しない三次元平衡コードPIESを用いて解析を行うことを目標にしているが、その予備検討として、KMAG-STEPコードによる解析を行った。これはステラレータ展開法による平衡解から得られるプラズマ平衡電流の作る磁場と反磁性磁場を真空磁場に重畳する方法であり、自己無撞着ではないが有限ベータによる磁気島の形成に対して多くの知見を与える。LHDタイプのL=2ヘリオトロンプラズマに対するプラズマ全電流がゼロの場合の解析の結果は核融合科学研究所のHINTコードによる結果と一致する。さらにプラズマ全電流が有限である場合の解析を行った結果、プラズマ全電流をプラズマ中心の回転変換を小さくする方向に流すとプラズマ平衡電流は大きくなり磁気軸の有限ベータシフトが大きくなるため、平衡のベータ限界は低くなるが、プラズマ周辺領域の磁気シアが非常に大きくなるため、磁気島の幅は狭くなりきれいな磁気面構造が得られることが分かった。これらの結果は今後のPIESコードの解析により検証する必要がある。