トーラス・プラズマにおける新古典・異常輸送過程とシア-流の相互作用に関する研究

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ジャイロ運動論的電磁乱流の存在する非軸対称トーラスプラズマにおける新古典及び異常輸送を統一的に理論定式化した。電磁乱流による異常輸送フラックスの表式を求め、異常エントロピー生成を厳密に定義することにより、異常輸送における互いに共役な熱力学的力と輸送フラックスの組合せを確定し、その組合せの間に成り立つ準線形異常輸送方程式を導き、準線形異常輸送行列がオンサーガ-対称性を満足することを示した。更に、イオン熱測度程度の高速トロイダル流と静電揺動の存在するトーラスプラズマに対して新古典・異常輸送の統一理論を拡張し、エントロピー生成の定義や輸送方程式のオンサーガ-対称性の証明を行なった。トロイダル回転プラズマにおいては、トロイダル・シア-流が新たな熱力学的力として、直線的に、新古典及び異常輸送に影響を与える。また、トロイダル・シア-流に共役な輸送量として、トロイダル運動量の小半径方向フラックス(あるいは粘性)がトロイダル流の小半径方向分布を決定し、また加熱やエントロピー生成に寄与する。ブートストラップ電流等の新古典輸送は、トロイダル・シア-流によって変化する。また、トロイダル・シア-流の異常輸送に対する効果を調べるため、静電揺動の存在する高速トロイダル回転プラズマに対する新しいジャイロ運動論的方程式を導出し、それを基にイオン温度勾配不安定性(ITGモード)に対するトロイダル・シア-流の効果を調べた。その結果、磁気シア-の小さい場合、トロイダル・シア-流によりITGモードが安定化される領域が発見された。この結果はJT-60Uで発見された内部輸送障壁における輸送改善と関連するものと考えられる。