| 研究概要 |
本研究は,トカマク中の低周波の巨視的モードの取り扱いが可能である,3次元のジャイロ運動論的理論に基づいたシミュレーションコードを高エネルギー粒子を含む場合に拡張し,高エネルギー粒子を含む系でのシミュレーションを可能にすることを目的とする。特に内部キンクモードと高エネルギー粒子の結合によるプラズマの線形・非線形現象,またはそれに伴う異常輸送の解明を中心目的とする。研究成果は以下のようにまとめられる。
1.イオンのラ-マ-半径効果を含みながら,イオンのサイクロトロン周波数以上の周波数の現象を平均化して導かれた。Hamiltonian方程式系を基本式とした3次元ジャイロ運動論的粒子シミュレーションコードを完成した。
2.上記コードを用いて、粒子コードによるトロイダルモード数1,ポロイダルモード数1の内部キンクモードおよび続いて生じる内部崩壊現象のシミュレーション可能性を実証した。
3.磁力線の追跡によるマッピング図を作成し,磁気面構造の時間変化を調べた。q=1の磁気面の近傍で磁力線の再結合による磁気島が形成され,この磁気島が成長して初期の磁気軸近傍のプラズマを押し出し,磁気島の中心を新しい軸軸とする平衡配位が形成された。これは,内部崩壊過程に対応しており,全再結合に要する時間はアルヴェン波の時間スケールであり,有理面近傍での電子の衝突で説明するKadomtsey型の再結合よりは,電子の慣性で説明するWesson型の再結合が生じていることを示唆している。これは最近のトカマクの実験事実と一致している。
4.トロイダル効果を含むシミュレーションコードを完成した。本コードはトロイダル磁場の1次の効果までをモデル化し,トロイダル磁場による粒子の磁場勾配ドリフト,磁場曲率ドリフトおよびミラー効果を含む。
5.トロイダル効果を含む場合のシミュレーションコードを用いて,高エネルギーイオンを含む場合のシミュレーションを実行した。高エネルギーイオンの壁への損失により生じる,非両極性拡散による静電ポテンシャルにより,プラズマがポロイダル方向にE×Bドリフトし,内部キンクモードの時間発展に影響を与えることが示された。
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