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

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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。