磁気閉じ込めにおけるゾーナル流の形成とケルビン・ヘルムホルツ不安定性の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13680557
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 若谷 誠宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00109357)
• 研究分担者: 浜口 智志 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (60301826)
• キーワード: ゾーナル流 / 逆カスケード / 静電的乱流 / 電磁的乱流 / レイノルズ応力 / マクスウェル応力 / ポロイダルシアー流

研究概要

トカマクやステラレータなどのトロイダルプラズマ実験装置では、圧力駆動型不安定性が閉じ込め性能の決定に重要である。例えば、同不安定性に起因するプラズマ揺動から形成されるポロイダルシアー流はプラズマの異常輸送を抑制する輸送障壁形成に寄与すると考えられており、また、〓(=プラズマ圧力と磁気圧力の比)の低いプラズマ中における同不安定性の非線形相互作用が、高〓でも安定なプラズマ分布の形成に寄与するという可能性が指摘されている。本研究では、こうした観点から、圧力駆動型モードのひとつである抵抗性インターチェンジモード(RIM)に注目し、数値シミュレーションを用いて、RIMの非線形相互作用によるポロイダルシアー流と磁気シアーの複合効果に関して解析して、以下の結果を得た。1)プラズマ中に二つの共鳴面ができる(二重共鳴となる)場合は、揺動により形成されるポロイダルシアー流はモード共鳴面と回転変換の極小となる位置に形成され、非共鳴条件では、回転変換が極小となる位置に形成される。2)共鳴面がひとつの場合は、RIMの非線形相互作用が有理面近傍の密度分布に平坦または逆勾配の局所構造を形成し、高〓プラズマでも安定な密度分布を実現することを確認した。さらに揺動により形成されるポロイダルシアー流が、同構造の局所性を高めていることを見出した。これは、例えば、核融合科学研究所のLHD装置などで、理想圧力駆動安定限界を超えた高〓が得られるという実験結果の説明を与える。

研究成果

• [文献書誌] M.Sato, S.Hamaguchi, M.Wakatani: "Destabilization of nonlinear resistive wall mode due to suppression of poloidal rotation in a cylindrical tokamak"Physics of Fluids. 10. 187-914 (2003)
• [文献書誌] K.Takeda, S.Hamaguchi, M.Wakatani: "ELM-like behaviour generated by nonlinear ion-temperature-gradient-driven mode"Plasma Physics Control. Fusion. 44. A487-A494 (2002)
• [文献書誌] T.Unemura, S.Hamaguchi, M.Wakatani: "Effect of poloidal shear flow on local flattening of density profile due to nonlinear resistive interchange mode"Plasma Physics Control. Fusion. 44. A507-A515 (2002)
• [文献書誌] N.Miyato, S.Hamaguchi, M.Wakatani: "Nonlinear behaviour of resistive drift-Alfven instabilities in a magnetized cylindrical plasma"Plasma Physics Control. Fusion. 44. 1689-1705 (2002)