Analysis of collapse phenomena in heliotron plasma based on paradigm shift including net current

基于范式转换（包括净电流）的日光管等离子体塌陷现象分析

基本信息

批准号：
20K03909
负责人：
市口勝治
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03909/
关键词：
磁場閉じ込め核融合プラズマ電磁流体力学ヘリオトロン圧力駆動型モード非線形数値シミュレーション構造変化非線形遷移大型ヘリカル装置（LHD)遷移現象核融合プラズマ崩壊現象電磁流体力学的（MHD)安定性数値シミュレーション非共鳴モード

项目摘要

2022年度は、2021年度まで行ってきた圧力駆動型モードの非線形遷移について拡張を行った。2021年度では、ヘリオトロン配位において正味トロイダル電流が流れた場合について、交換型モードから非共鳴の圧力駆動型モードへの非線形遷移が生じうることを示した。一方、ヘリオトロン配位である大型ヘリカル装置での実験では、トーラスプラズマの小半径を小さくしてアスペクト比を大きくした場合には、正味トロイダル電流を流さなくてもベータ値を上昇させた際に崩壊現象が観測されている。この場合においても、崩壊時の支配的な成分のモード数は(m,n)=(1,1)である。この観測結果は、モード数が大きいほど線形成長率が大きいという、圧力駆動型不安定性に対する線形理論では説明ができない。そこで、この配位に対して、3次元MHD数値シミュレーションを行った。実験に対応する磁場配位を用い、ベータ値が2.4%、2.6%、3.2%、3.7%での、正味トロイダル電流のない三次元平衡をHINTコードを用いて計算した。そして、それぞれの平衡に対して、MIPSコードを用いて、摂動の時間発展を追跡した。その結果、どの平衡においても、線形領域では、典型的な交換型不安定性が支配的に成長した。しかし、非線形領域では、ベータ値によって様相が異なっている。ベータ値が2.6%以下の場合には、線形領域で支配的であった(2.2)成分が、そのまま支配的となり、全圧力の分布は横長に変形して崩壊する。これに対して、ベータ値が3.2%以上の場合には、支配的な成分が線形領域での(3,3)成分から(1,1)成分へと移行する。全圧力分布においても、コア領域が一方向へシフトする変形を伴った崩壊が見られた。この結果は、アスペクト比が大きい場合には、ベータ値が高くなると高モード数の交換型モードから(1,1)成分への非線形遷移が生じ得ることを示唆している。

2022 年，我们扩展了压力驱动模式的非线性过渡，我们一直在研究这个问题直到 2021 年。 2021 年，我们证明，当净环形电流在日光管配置中流动时，可能会发生从交换模式到非谐振压力驱动模式的非线性转变。另一方面，在使用具有日光管配置的大型螺旋装置的实验中，当环面等离子体的小半径变小并且纵横比增加时，当β值增加而不流动净环面电流时，会发生崩溃。已观察到现象。在这种情况下，塌陷时的主成分的模式数也为(m，n)＝(1，1)。这一观察结果无法用压力驱动不稳定性的线性理论来解释，在该理论中，线性增长率随着模式数量的增加而增加。因此，我们对该结构进行了三维MHD数值模拟。使用与实验相对应的磁场配置，使用HINT代码计算了β值为2.4%、2.6%、3.2%和3.7%时无净环形电流的三维平衡。然后，对于每个平衡，使用 MIPS 代码跟踪扰动的时间演变。结果，在任何均衡中，典型的交换型不稳定性主要在线性区域增长。然而，在非线性区域中，外观因 beta 值而异。当β值小于2.6%时，线性区域中占主导地位的（2.2）分量仍然占主导地位，总压力分布转变为水平拉长形状并崩溃。另一方面，当β值为3.2％以上时，主要成分从线性区域中的(3，3)成分转移到(1，1)成分。即使在总压力分布中，也观察到伴随着核心区域向一个方向移动的变形的塌陷。该结果表明，当纵横比较大时，随着 β 值的增加，可能会发生从高模数交换模到 (1,1) 分量的非线性转变。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Numerical Analysis of Non-Resonant Mode in LHD Partial Collapse with Net Toroidal Current

带有净环形电流的 LHD 部分塌陷非谐振模式的数值分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Katsuji ICHIGUCHI;Yasuhiro SUZUKI;Yasushi TODO;Satoru SAKAKIBARA;Yuki TAKEMURA;Benjamin A. CARRERAS;Linda SUGIYAMA
通讯作者：
Linda SUGIYAMA

NON-RESONANT GLOBAL MODE IN LHD PARTIAL COLLAPSE WITH NET TOROIDAL CURRENT

LHD 部分崩溃且净环形电流下的非谐振全局模式

DOI：
10.1088/1741-4326/ac3292
发表时间：
2021
期刊：
Nuclear Fusion
影响因子：
3.3
作者：
K. Ichiguchi;Y. Suzuki;Y. Todo;S. Sakakibara;K. Ida;Y. Takemura;M. Sato ;L.E. Sugiyama and B.A. Carreras
通讯作者：
L.E. Sugiyama and B.A. Carreras

Nonlinear Transition of Pressure Driven Modes in Heliotron Configuration

日光管配置中压力驱动模式的非线性转变