境界層理論を用いた核融合プラズマ装置の誤差磁場による閉じ込め劣化の研究

利用边界层理论研究聚变等离子体装置中误差磁场引起的约束退化

• 批准号: 00J02545
• 负责人: 石澤 明宏
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J02545/
• 关键词: プラズマ閉じ込め; 誤差磁場; 境界層理論; 二流体効果; 電子慣性; 電流ホール

誤差磁場による核融合プラズマの閉じ込め劣化を改善するために、境界層理論を用いて強制磁気再結合問題を解析するときに、問題が生じる場合があることを指摘し、その解決法を示唆した。従来、特異摂動法に基づく境界層理論は、流体力学、電磁流体力学において確立され、不安定性を固有値問題として解析することに用いられてきた。しかし、境界層理論を用いて初期値問題を考え、初期における過渡的な時間変化や、十分時間がたった時の漸近的な振る舞いを解析することは、強制磁気再結合問題を解決する上で重要であるにもかかわらず、ほとんどなされていない。特に、電磁流体の初期値問題に対する境界層理論の解析は、まったくなされていない。これは、線形化した境界層理論の初期値問題では、複素平面上の離散的な極の寄与のみならず連続スペクトルの寄与もすべて考慮に入れる必要があり、解析が非常に複雑になるためである。さらに、流体力学における境界層は流体の散逸が重要になる領域であるが、電磁流体近似をしたプラズマ閉じ込めに現れる境界層は流体の散逸のみならず流体の慣性が重要になる領域である。この点がプラズマ閉じ込めにおける境界層理論をさらに複雑にしている。このため、境界層理論を用いた磁気再結合の初期値問題において、線形発展であっても解は得られていない。その結果、安定な系に外から加わった摂動の応答として磁気再結合が起こるような基本的な問題にすら答えることができないでいる。我々は、磁気再結合の初期値問題を境界層理論に従って解析し、安定であることがすでにわかっている系において、解析解に仮想的な不安定性が現れ、問題を正しく解くことができない事を示した。また、この電流ホールと呼ばれる現象に対する二流体効果をシミュレーションにより明らかにした。電流ホールとは、近年の先進トカマク実験で観測されている、磁気軸近傍において電流が非常に小さい値になる現象である。二流体効果は、大型核融合装置のプラズマ閉じ込めにおいてで重要になる。

我们指出，使用边界层理论分析强制磁重组问题时可能会出现问题，以改善由于误差磁场引起的融合等离子体的限制降解，并提出了解决方案。过去，基于奇异扰动方法的边界层理论已在流体力学和磁性流动力学中建立，并已用于将不稳定性分析为特征值问题。但是，尽管在解决强制磁重组问题方面很重要，但使用边界层理论考虑初始值问题并分析了足够的时间后的初始瞬态时间变化和渐近行为，但很少做。特别是，对于电磁流体的初始值问题，根本没有对边界层理论进行分析。这是因为线性化边界层理论的初始值问题不仅要求离散杆在复杂平面上的贡献，而且还需要连续频谱的贡献，从而使分析极为复杂。此外，虽然流体力学中的边界层是一个重要的区域，但流体耗散很重要，但与电磁流体近似相结合的边界层是一个重要的区域，其中流体惯性是重要的，不仅是流体流体耗散，而且流体惯性是重要的。这一点进一步使血浆限制中的边界层理论复杂化。因此，即使使用了线性进化，也没有使用边界层理论在磁重组的初始值问题中获得解决方案。结果，甚至不可能回答基本问题，例如磁重组，作为对从外部到稳定系统应用的扰动的反应。我们根据边界层理论分析了磁重组的初始值问题，并表明在已知稳定的系统中，虚拟不稳定性出现在分析解决方案中，并且该问题无法正确解决。此外，通过模拟揭示了两流体对这种称为当前孔的现象的影响。如最近的晚期Tokamak实验中所观察到的那样，电流孔是在磁轴附近中电流变得极小的现象。双流体效应在大型融合装置的血浆限制中很重要。

项目成果

Ishizawa, A.: "An Intrinsic Difficulty in the Resistive-Boundary Layer Theory"Journal of Plasma and Fusion Research. 78(8). 925-929 (2002)

Ishizawa, A.：“电阻边界层理论的内在困难”等离子体与聚变研究杂志。