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本研究ではリップルトカマクやヘリカル系プラズマなどの非軸対称トーラスプラズマの三次元MHD平衡を自己無撞着に数値解析する手法を確立し、特にプラズマ電流のMHD平衡への影響を調べることを目的とした。その結果次のような成果を得た。
(1) トカマクプラズマに対しては、MHD平衡計算、粒子軌道解析、新古典輸送解析がトロイダルリップルのような軸対称性の破れを考慮して行えるように計算コード群の整備を行った。また解析の第一段階としてこれらの解析コード群を用いて負磁気シアを持つ高ベータ低アスペクト比トカマクの解析を行った。更に高q円形断面リップルトカマクの高エネルギー粒子軌道解析を行った。
(2) ヘリカル系プラズマに対してはステラレータ展開法と真空磁場解析コードを組み合わせ、磁力線追跡を行うことにより、L=2ヘリオトロン配位において有限プラズマ全電流が磁気島形成に及ぼす影響の予備検討を行った。また、ヘリカル磁気軸配位においてはステラレータ展開法を用いることはできないが、低磁気シアの場合には特に磁気島形成を調べることが重要である。このような配位の例としてL=1ヘリカル軸へリオトロン配位の解析をまず磁気島を考慮せず行い、その性質、特にMHD平衡と粒子軌道について調べた。これらの解析を自己無撞着に行うには、入れ子状の磁気面の存在を仮定しない三次元MHD平衡コードが必要となるため、PIESコードを導入しLHD装置のプラズマに対してテスト計算を行った。更にPIESコードの数値的性質の改良を検討しその見通しを得ている。
以上のような成果をふまえて行う今後のより詳細な解析により更に新しい知見が得られると考えている。
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