研究課題
本研究はトロイダル磁場閉じ込めプラズマにおいて発現する空間3次元構造(多次元構造)が輸送にもたらす効果の定量化を目的とする。トーラスプラズマの輸送現象を理解するためには、プラズマ中の空間的に偏在した構造の解明が重要である。様々な局在構造がダイナミクスを伴って存在し、空間多次元構造を持ち得る。本研究では多次元構造のうち、乱流構造から自律的に形成されるものと磁場配位に起因するものの両者を対象とする。本年度は磁場配位に起因するものとして、トカマクプラズマで発現する3次元構造の磁場配位依存性の解析を中心として研究を進めた。トカマク平衡データをMHDコードに導入するルーチンを作成し、非線形シミュレーションにより、磁場配位からもたらされる不安定モード構造の違いとその分布変化への効果を評価した。九州大学のプラズマ乱流統合観測装置PLATOトカマクを対象として、その代表的な磁場配位を用いてMHD不安定性の非線形シミュレーションを行った。バルーニング不安定性とキンク不安定性が競合するシミュレーション結果を得た。安全係数分布を変化させることによって不安定性を制御し、それぞれが非線形飽和状態に与える効果を示した。今回のパラメータではバルーニング不安定性は局所的な圧力分布の平坦化に寄与するのに対して、キンク不安定性はプラズマ中心近傍のダイナミックな圧力緩和に寄与する。そして、圧力緩和現象における不安定モード間の非線形相互作用の様相を明らかにした。さらに、トーラス磁場構造中で形成される乱流構造に関して、その実験観測描像も含めた解析が行えるようルーチンを整備した。一方、イオン温度勾配不安定性の基本的な性質を理解するために、ジャイロ流体モデルを用いた線形解析も引き続き行い、成果を論文としてまとめた。このように磁場配位由来のプラズマ乱流構造形成を中心として確実に研究を進展させることができた。
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Plasma and Fusion Research
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