In this paper we study the effects of poloidal and toroidal rotation, and anisotropy in tokamaks. To resolve these effects from uncertainties in the data, we introduce a Bayesian inference framework which calculates the magnetic configuration probabilistically using motional Stark effect and magnetic data. Drawing on these calculations, we compute the poloidal and toroidal Mach numbers in MAST for a discharge with good rotation data. Our calculations confirm that the poloidal Mach number Ms,θ = vθ/vi × B/Bθ is near zero (with vθ and vi the poloidal and thermal velocity, respectively), even on the outboard side where the scaling of poloidal field strength Bθ to total field B is large. In contrast, the toroidal rotation of this plasma reaches a Mach number of 0.5 on axis. The impact of the toroidal rotation on the equilibrium reconstructions of the plasma is however small: it acts to increase the radius of the magnetic axis by ≈1%, and lower the central safety factor by ≈5%. In comparison, corrections to make the pressure profile consistent with internal measurements such as charge exchange recombination spectroscopy and Thomson scattering have a much larger impact. In other work we compute the level of anisotropy from a TRANSP simulation of a neutral beam-heated MAST discharge. This shows a large level of anisotropy, with p⊥/p∥ ≈ 1.7, sufficient to boost the central safety factor by 15%. For this discharge, which is representative of many MAST discharges, the effect of anisotropy and consistent pressure profiles is more pronounced than the toroidal rotation of the plasma.
本論文では、トカマクにおけるポロイダル回転とトロイダル回転、および異方性の影響について研究する。これらの影響をデータの不確実性から分離するため、我々はベイズ推論の枠組みを導入し、モト効果と磁気データを用いて磁気平衡配置を確率的に計算する。この計算に基づき、良好な回転データを有するMAST放電について、ポロイダルおよびトロイダルのマッハ数を導出する。我々の計算により、ポロイダルマッハ数Mp = vθ/vi × B/Bθは、ポロイダル磁場Bθが全磁場Bに対して小さくなる外側領域においても、ゼロに近いことが確認された。一方、トロイダル回転は、このプラズマにおいて軸上でマッハ数0.5に達する。しかし、トロイダル回転が平衡再構成に与える影響は小さく、磁気軸半径を約1%増加させ、中心安全係数を約5%低下させる程度である。これに対して、荷電交換再結合分光法やトムソン散乱などの内部計測と整合するように圧力分布を補正することは、はるかに大きな影響を与える。さらに、我々は中性粒子ビーム加熱MAST放電のTRANSPシミュレーションから異方性の程度を計算し、p⊥/p∥ ≈ 1.7という大きな異方性を示す。これは中心安全係数を15%増加させるのに十分な大きさである。多くのMAST放電に代表的なこの放電において、異方性と整合的な圧力分布の影響は、プラズマのトロイダル回転の影響よりも顕著である。