Study on the instability of the high-performance plasma with strong reversed shear

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K07003
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 武智 学 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 トカマクシステム技術開発部, 上席研究員 (40370423)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 静雄 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 先進プラズマ研究部, 主任研究員 (80757956)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / 磁気流体不安定性 / 負磁気シアプラズマ / ディスラプション / 内部輸送障壁 / トカマク

Outline of Annual Research Achievements

強負磁気シアプラズマは定常運転に適した放電であるが、放電の初期や低圧力時にもコラプスやディスラプションが頻発し、その発生条件と機構が未だに明らかでないことが問題となっている。圧力の高いプラズマにおいては、理想型不安定性の圧力駆動型のキンクバルーニングモードやこれを元とする抵抗性壁モードがプラズマ崩壊の原因となり、計測とMHD安定性解析コードによって比較的容易に同定が可能である。負磁気シアプラズマの低圧力時でのプラズマ崩壊については、これまでに、抵抗性不安定性の抵抗性インターチェンジモードと周辺のテアリングモードの結合、または、ダブルテアリングモードが原因とされてきたが、総合的及び系統的な解釈には至っていない。しかしながら強負磁気シアプラズマにおいては、非常に低い圧力においてもプラズマ最外殻付近の安全係数の値の変化に応じて理想型不安定性が不安定になることを報告者は確認していた（EPS 2005 M. Takechi）。さらに、JT-60Uの2007年から2008年に行われた非誘導電流駆動プラズマを対象として解析を行なった解析により、比較的低圧力時においても理想型不安定性のキンクバルーニングモードが多くのプラズマ崩壊の原因であることが確認された（PFR 2021 T. Bando, M. Takechi, et al）。しかしながら、この中にはプラズマ圧力とプラズマ最外殻付近の安全係数の値が一致である場合においてもプラズマ崩壊が起こることが報告されている。この時、特に変化しているのは安全係数の最小値であったため、この変化に対するプラズマの安定性の変化について安定性解析を行った。特にJT-60Uの安全係数の最小値計測は報告者が提唱した負磁気シア励起アルフヴェン固有モードの研究によって非常に正確であることがわかっている。