Experimental observations show that the βN threshold for (2,1) NTM excitation is increased by flow shear, but the physical explanation for this trend is still unclear. In this work, we investigate this issue by performing numerical experiments addressing the dependence of the critical island width on toroidal plasma rotation with the full MHD toroidal code XTOR (Lütjens and Luciani 2010 J. Comput. Phys.229 8130–43), on the basis of a typical JET advanced tokamak case. We find that for situations where the Lundquist number is increased towards the experimental value, the (2,1) NTM is weakly destabilized by flow shear at low magnetic Prandtl number Prm, while the threshold remains nearly insensitive to the flow at high Prm. This weak effect of rotation shear also holds close to the linear regime, where an equivalent of the Δ' concept adapted to nonlinear simulations does not indicate any significant variation with flow shear. The experimental trend is therefore not recovered, and possible explanations for this disagreement are discussed. A simple model of anisotropic viscous tensor shows that the high toroidal viscosity does not influence the value of the threshold, but comparison with experimental measurements suggests that the effective Prm seen by the mode is, however, larger than its small collisional value. Finally, the scaling of dimensionless parameters to ITER range is discussed.
実験的観測により、(2,1) NTM励起のβN閾値がフローシアーによって増大することが示されているが、この傾向の物理的説明は依然として不明である。本研究では、典型的なJET先進トカマクのケースに基づいて、完全MHDトロイダルコードXTOR (Lütjens and Luciani 2010 J. Comput. Phys.229 8130-43)を用いた数値実験により、臨界島幅のトロイダルプラズマ回転への依存性を調べる。ルンドキスト数が実験値に向けて増大される状況では、(2,1) NTMは低い磁気プラントル数Prmにおいてフローシアーによって弱く不安定化される一方、閾値は高いPrmにおいてフローに対してほぼ鈍感なままであることが分かった。この回転シアーの弱い効果は線形領域に近い場合にも成り立ち、非線形シミュレーションに適応したΔ'概念に相当するものは、フローシアーによる有意な変化を示さない。したがって、実験的傾向は再現されず、この不一致の考えられる説明について議論する。異方性粘性テンソルの単純なモデルは、高いトロイダル粘性が閾値の値に影響を与えないことを示すが、実験的測定との比較は、モードが見る実効Prmがその小さな衝突値よりも大きいことを示唆する。最後に、無次元パラメータのITER領域へのスケーリングについて議論する。