廣田 真

近年のLHD実験では、モードの回転とプラズマの崩壊現象が注目されている。モードの回転が停止した直後に、磁場揺動が急激 に成長し、それに伴って、ベータ値が検証することが観測されている。LHDでは、圧力駆動型モードが最も危険な不安定性であ り、この場合も、そのうちの交換型モードによって崩壊が生じたものと理解できる。一方、この観測結果を逆に考えると、モー ドが回転している間は、成長が抑制されていたことを示唆していると解釈できる。そこで、本研究では、プラズマの回転が圧力 駆動型モードの成長を抑制できるかどうかについて、そのメカニズムの解明を理論的に進める。実験データも含めて直接LHDプ ラズマを取り扱う研究であるため、核融合科学研究所での共同研究として推進していかざるを得ない。

ヘリカル型原型炉を目指す上において、圧力駆動型モードに対するMHD安定限界の確定は極めて重要である。ところが、この安定 限界を規定する手法がまだ確立されていない。LHD実験では、線型理想安定性理論によって予測される安定限界よりも不安定な領 域において、最高ベータ値が達成されており、実験を説明できる物理メカニズムを解明する必要がある。その一つの重要な候補と して、プラズマ中に誘起されるフローが挙げられる。本研究では、反磁性効果及び径電場によるプラズマ中の自発的フローによる 効果を含んだ安定性解析を行い、安定限界指標の確立を目指す。そのためには、LHD実験との比較検証が不可欠である。一方で、 このようなプラズマフローはトカマク等でも議論されており、その数値的手法や基礎的物理の解明においては他分野の研究者との 連携も必要である。以上から、本研究は核融合科学得研究所の共同研究でなければならない。

現在、世界中の多くの環状磁場閉じ込め装置において、圧力分布の局所的制御を目的として、共鳴摂動磁場(RMP)の研究が精力的に行われ ているが、その影響については、必ずしも明確になっていない。そこで、本研究では、MHD数値解析を用いて、特にLHDにおけるRMP印可 時におけるプラズマ挙動の解析を行う。まず、RMPの浸み込みに関する知見を得ることを目標とする。さらに、RMPによる圧力駆動型モード の振舞いの変化に着目し、線形モード構造の変化や、非線挙動による圧力分布の構造変化等について解析を行う。得られた結果を実験での観 測と比較し、観測結果のメカニズムの解明を行う。また、トカマク等の磁場閉じ込めプラズマでの挙動と比較し、RMPによる影響の総合的理 解を得ることも視野に入れている。このように、対象をLHDプラズマとし、実験研究者との綿密な議論を行うため、核融合科学研究所での共 同研究であることが必要である。

トロイダルプラズマに対する既存の平衡・安定性解析手法を拡張し、強い流れや高ベータ等の特徴をもつ先進的な閉じ込めに対応できる手法の確立を目的とする。トロイダル流及びポロイダル流をもつMHD平衡計算コードの開発、それを用いた線形安定性解析コードの開発、ホール項や有限ラーマー半径効果などを含んだ拡張MHDシミュレーションによる圧力駆動型不安定性の解析のためのモデルについての検討を行う。これらの課題は核融合科学研究所の数値実験プロジェクトの研究テーマに合致するものであり、また研究指導する総研大の学生に共同研究の機会を提供するためにも、核融合科学研究所の共同研究で行うことが必要である。

本研究では、LHDプラズマの安定性特性について、非線型数値シミュレーションを行い、実験結果と比較することによって、そのMHD現象の物理的メカニズムの解明を目指す。特に、実験で得られている崩壊現象を取り上げ、崩壊の閾地を決める要因を探る。このような直接的なLHDプラズマの安定性特性を理論、実験の両面から探るには、本研究所の共同研究であることが必須である。また、トカマク等の他の核融合閉じ込め装置において、これまで蓄積されてきたシミュレーションの手法や結果、さらには実験結果等の知見も、このような研究には欠かせない重要な要素である。この観点から、本研究所の共同研究として行い、内外の研究者の英知を結集することが必要である。