The mechanism for fast-ion-induced toroidal plasma rotation in the absence of external momentum input reported in Perkins et al (Perkins F.W. et al 2001 Phys. Plasmas8 2181) is examined in detail, at the level of single particle orbits and their collisional evolution, with the aim at clarifying the physical processes involved. This mechanism may be a contributing factor to the toroidal plasma rotation observed during the injection of intense ion cyclotron resonance frequency (ICRF) waves in recent tokamak experiments. It is found that the pitch-angle scattering of fast-ion orbits is essential in order to spin the plasma toroidally in the co-current direction. This situation is applicable to high-density C-MOD plasmas with intense ICRF wave absorption on the low-field side. However, in tokamaks such as JET, where fast ions with energies in the MeV range are produced by ICRF, the pitch-angle scattering is less important and counter-rotation is more likely to occur. More significantly, sheared rotation induced by ICRF fast ions can contribute to the quenching of turbulent fluctuations and of triggering internal transport barriers.
外部からの運動量注入を伴わない高速イオン誘起トロイダルプラズマ回転の機構が、Perkinsら(Perkins F.W. et al 2001 Phys. Plasmas 8 2181)によって報告されており、本論文では、この機構を単一粒子軌道とその衝突進化のレベルで詳細に検討し、関連する物理過程を明らかにすることを目的とする。この機構は、最近のトカマク実験における強力なイオンサイクロトロン共鳴周波数(ICRF)波の入射中に観測されるトロイダルプラズマ回転に寄与する要因である可能性がある。高速イオン軌道のピッチ角散乱が、プラズマをトロイダル方向にコ・カレント方向へ回転させるために本質的であることが見出された。この状況は、低磁場側での強いICRF波吸収を伴う高密度C-MODプラズマに適用可能である。しかしながら、JETのようなトカマクでは、ICRFによってMeV領域のエネルギーを持つ高速イオンが生成されるため、ピッチ角散乱の重要性は低く、カウンター回転が生じる可能性がより高い。さらに重要なこととして、ICRF高速イオンによって誘起されるシアを有する回転は、乱流揺動の抑制や内部輸送障壁の形成に寄与し得る。