トロイダルリップルへの3次元効果の影響とアルファ粒子損失の考察

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本年度はヘリカル系プラズマの3次元自由境界MHD平衡の考察に用いられるHINT2コードをトカマク配位のMHD平衡計算に応用できるよう改良し、いて、現実的なコイル配位の元でトカマクプラズマの3次元自由境界MHDを考察した。具体的成果は以下の通りである。1)3次元MHD平衡計算コードHINT2を改良し、現実的なコイル配位、アスペクト比のトカマクプラズマの3次元自由境界MHD平衡を考察できるよう改良した。また、入れ子の磁気面を仮定したVMECコードの結果をHINT2の初期推量として利用できるよう改良した。これにより、ポロイダルダイバーとのようにプラズマ中にセパラトリックスを持つMHD平衡も計算できるようになった。2)ITERモデリングした上下対称のD-shapeトカマクプラズマのMHD平衡を解析した。その結果、有限ベータ効果によりリップルの大きさが変化することが分かった。3)2)にて構築されたトカマク配位のMHD平衡を元に、アルファ粒子の軌道解析を行った。トロイダルリップルが存在することでバナナ粒子のような補足粒子は閉じ込めに影響を受けることが分かった。特に、バナナ粒子の反射点にトロイダルリップルが存在すると、共鳴により粒子がストカスティックな振る舞いを示す。また、ベータ値の増加によりリップル井戸の深さが変化する。リップル井戸はプラズマ中心で浅くなり、周辺で深くなる。従って、リップルに捕捉される位置が空間的に変化する。このことが、損失したアルファ粒子の分布に影響を与えることが分かった。