The nonlinear evolution of ideal MHD instabilities, being unstable in the linear growth phase driven by the plasma pressure gradient in low magnetic shear region, are investigated numerically in a cylindrical geometry using the single helicity approximation. The mode structure and growth rate in the linear phase is not affected by a small plasma resistivity because of the ideal nature of the mode. In the nonlinear mode growth phase, including a small plasma resistivity in numerical simulations, it is found that the local plasma pressure gradient is decreased, resulting in a slow-down of the mode growth and the conversion of the ideal mode into a tearing-type one, and magnetic islands begin to grow. Moreover, it is also found that even when there is originally no resonant surface inside the plasma, the dynamo effect can change the local radial profile of the safety factor such that the resonant surface is moved into the plasma, and the ideal mode can also be converted into a tearing-type one in the nonlinear phase. Our results indicate that the flat q profile with q ≈ 1 in the central region, observed in the hybrid scenario of tokamak experiments, is maintained by the tearing-type modes, even if they are originally ideal interchange-type modes in linear growth phase. The hybrid scenario is usually observed in tokamak experiments with a sufficiently high plasma beta value.
低磁気シア領域におけるプラズマ圧力勾配によって駆動され、線形成長段階で不安定となる理想MHD不安定性の非線形発展を、単一ヘリシティ近似を用いて円筒形状において数値的に調べた。線形段階におけるモード構造と成長率は、モードが理想的な性質を持つため、小さなプラズマ抵抗率の影響を受けない。非線形モード成長段階において、数値シミュレーションに小さなプラズマ抵抗率を含めると、局所的なプラズマ圧力勾配が減少し、その結果モード成長が減速して理想モードがテアリング型モードへ変換され、磁気島が成長し始めることが見出された。さらに、プラズマ内部にもともと有理面が存在しない場合でも、ダイナモ効果が安全係数の局所的な径方向分布を変化させて有理面がプラズマ内へ移動し、理想モードが非線形段階でテアリング型モードへ変換され得ることも見出された。我々の結果は、トカマク実験のハイブリッドシナリオで観測される中央領域における q ≈ 1 の平坦なq分布が、線形成長段階ではもともと理想的な交換型モードであっても、テアリング型モードによって維持されることを示している。ハイブリッドシナリオは通常、十分に高いプラズマベータ値を持つトカマク実験で観測される。