MHD-Vlasovシミュレーションによる魚骨振動の研究

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MHD-Vlasovシミュレーションコードにはα粒子の磁気モーメントが0の場合しか計算できないという欠点があった。年度当初はMHD-Vlasovコードを有限磁気モーメントの場合に拡張して魚骨振動(fishbone oscillation)を研究する予定であった。しかしα粒子成分に粒子シミュレーション手法を導入した方がより現実に近い状況が計算できるので、今年度は粒子-MHDコードの開発に取り組み、コードのチェックを兼ねてTAEモードのシミュレーションを行った。δf法を導入することによって粒子法に特有の数値雑音の問題を解決している。このコードには運動論的な効果も含めた全ての非線形性が取り入れられている。初期条件として磁場5T、数密度10^<20>m^<-3>、小半径0.9m、アスペクト比3という現在の大型トカマクに近い条件を設定し、α粒子の分布は速度空間において等方的な最大エネルギー3.5MeVの減速分布とした。その結果n=2TAEモードの励起と飽和が起こった。飽和の原因が粒子補足であることを示す証拠として、(1)TAEモードの飽和レベルが線形成長率の2乗に比例すること、(2)共鳴粒子のトロイダル正準運動量は不安定が線形成長している間は単調に減少(または増加)するが、飽和に達すると非線形振動的な振る舞いを示すこと、が明らかになった。上記の結果はTAEモードが一つだけ存在するような場合であったが、今後は複数のTAEモードが存在する場合について研究を進める。複数のモードが存在するとモード間の干渉によって粒子捕捉が抑制される。これによって飽和レベルが増大し、同時にα粒子の確率的な拡散が起こることが予想される。シミュレーションによってそれらの現象を確認し、それが起こる条件を明らかにしたい。さらに魚骨振動などの他の運動論的MHDモードのシミュレーションも計画している。