2004 Fiscal Year Annual Research Report
圧力駆動型モードの非線型発展によるトーラスプラズマの構造変化
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13680572
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
市口 勝治 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (90211739)
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合 / ヘリオトロン / 大型ヘリカル装置(LHD) / 電磁流体力学(MHD) / 簡約化MHD方程式 / 交換型モード / 非線型解析 / 磁気リコネクション |
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| Research Abstract |
磁場閉じ込め核融合プラズマにおける電磁流体力学的な構造変化を調べるために開発したNORMコードを用いてヘリオトロンプラズマにおける交換型モードの非線型発展を調べた。特に、今年度は、交換型モードによる磁気リコネクションと自発的シアフローの関連について注目した。
まず、自発的シアフローを解析できるようにNORMコードの拡張を行った。このコードは簡約化MHD方程式に基づいて開発されており、摂動の角度依存性に対してフーリエ変換を採用している。昨年度までは、フーリエ係数のうち、SINまたはCOSのみで変数を表現していたが、今年度はすべての変数に対して両方の変換を行うことにした。
この拡張したコードを用いて、円柱配位で解析を行った。その結果、交換型モードが非線型発展する場合には、支配的モードが非線型飽和したあとで、レイノルズ応力によってポロイダルシアフローが自発的に成長することが得られた。さらに、このフローが非線型飽和する段階では、共鳴面より内側の領域において、プラズマ全体が剛体回転に近い回転運動をすることが得られている。
さて、シアフローのない場合には、支配的モードの非線型飽和に伴って磁気リコネクションが生じ、ポロイダルモード数の2倍の数の磁気島が形成されることが昨年度に得られている。シアフローを含めた解析においても、この状況に変化はない。しかし、シアフローが成長して有意な大きさで非線型飽和する場合には、X-Pointの半減が起こり磁気島の数はポロイダルモード数と同じになる現象が現れる。これは、X-Pointを生成していた動径方向外向きのフローが、ポロイダルシアフローによってポロイダル方向に傾けられ、その結果摂動磁場フラックス面の曲率が小さくなるためである。ただし、曲率が小さくなる領域がもとのX-Pointの位置からずれるため、最終的な磁気島の形状はO-Pointに関して非対称な形状となる。実際のプラズマではこのようなポロイダルシアフローの存在は一般的であるが、自発的シアフローと磁気リコネクションとの関連を調べた例は少ない。今年度の研究は、このような自発的ポロイダルシアフローが生じた場合の構造変化の導入として位置付けられ、トロイダル形状での解析への発展が今後の課題となる。
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