Three-dimensional nonlinear MHD simulations study the core collapse events observed in a stellarator experiment, Wendelstein 7-X. In the low magnetic shear configuration like the Wendelstein 7-X, the rotational transform profile is very sensitive to the toroidal current density. The 3D equilibrium with localized toroidal current density is studied. If the toroidal current density follows locally in the middle of the minor radius, the rotational transform is also changed locally. Sometimes, the magnetic topology changes due to appearing the magnetic island. A full three-dimensional nonlinear MHD code studies the nonlinear behaviors of the MHD instability. It was found that the following sequence. At first, the high-n ballooning-type mode structure appears in the plasma core, and then the mode linearly grows. The high-n ballooning modes nonlinearly couple and saturate. The mode structure changes to the low-n mode. The magnetic field structure becomes strongly stochastic into the plasma core due to the nonlinear coupling in that phase. Finally, the plasma pressure diffuses along the stochastic field lines, and then the core plasma pressure drops. This is a crucial result to interpret the core collapse event by strong nonlinear coupling.
三次元非線形MHDシミュレーションは、ステラレーター実験Wendelstein 7-Xで観測されたコア崩壊現象を研究する。Wendelstein 7-Xのような低磁気シア配位では、回転変換プロファイルはトロイダル電流密度に非常に敏感である。局所的なトロイダル電流密度を持つ三次元平衡を研究する。トロイダル電流密度がプラズマ中心部の局所的な領域に従う場合、回転変換も局所的に変化する。時には、磁気島の出現により磁気トポロジーが変化する。三次元非線形MHDコードは、MHD不安定性の非線形挙動を研究する。以下のシーケンスが見つかった。最初に、高nバルーニング型モード構造がプラズマコアに現れ、その後モードは線形成長する。高nバルーニングモードは非線形に結合し、飽和する。モード構造は低nモードに変化する。その位相では、非線形結合により磁場はプラズマコア内で確率的になる。最終的に、プラズマ圧力は確率的磁力線に沿って拡散し、コアプラズマ圧力は低下する。これは、強い非線形結合によるコア崩壊現象を解釈するための重要な結果である。