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Synergetic effects of E × B shear flow and diamagnetic flow on boundary-perturbation-driven neoclassical tearing modes

Yinghe Wang, Zheng-Xiong Wang, Tong Liu, Lai Wei2026年2月Nuclear FusionIF 3出版社

Synergetic effects of diamagnetic flow and EB shear flow on neoclassical tearing modes (NTMs) are numerically investigated by using a two-fluid four-field model. Such seed islands are driven by the boundary perturbation rather than through core seed islands. Firstly, in the single-helicity simulations, the initial equilibrium includes the 3/2 mode with negative Δ′. The boundary perturbation can induce a driven-reconnection on the 3/2 rational surface with island width as , where is the boundary perturbation amplitude. When the 3/2 island widths exceed a critical value (equivalently seed island), the 3/2 NTM is triggered with a much larger island width. It is found that when diamagnetic flow is greater than a threshold , the 3/2 mode cannot enter the NTM phase, but still keeps in the driven-reconnection saturation state. A strong positive scaling is obtained. Further increasing diamagnetic flow accelerates the early island growth due to the excitation of drift tearing mode, but reduces the saturation of the driven-reconnection. The EB shear flow can effectively enhance or offset the suppressing effect of the diamagnetic flow depending on their co- or counter-direction. Secondly, in the multiple-helicity simulations, an extra 2/1 mode with positive Δ′ is added in the system. The 3/2 mode enters quickly the nonlinear NTM saturation due to the boundary drive, but the early growth of 2/1 mode is slow. When the 2/1 mode reaches saturation, it can suppress the 3/2 NTM to a lower level saturation. It is found that the diamagnetic flow can keep the 3/2 mode in the driven-reconnection saturation, but raise the 2/1 mode saturation. The increase of 2/1 islands can trigger the 3/2 NTM with larger 3/2 islands on the 3/2 rational surfaces. The simultaneous growth of both 2/1 and 3/2 islands generates a wider flattened region of the pressure, significantly reducing the drive of bootstrap current for the 3/2 NTM. As a result, the 3/2 NTM returns to a very low driven-reconnection level or is completely stabilized. Moreover, the synergetic effects of diamagnetic flow and EB shear flow with fixed and unfixed profiles are also studied, and the Poincaré plots of magnetic topology evolution are illustrated to clearly understand the interaction between multiple-helicity islands.

日本語訳

二流体四場モデルを用いて、新古典テアリングモード(NTMs)に対する反磁性流とE×Bせん断流の相乗効果を数値的に調べた。このような種島は、コア種島を介するのではなく、境界摂動によって駆動される。まず、単一ヘリシティシミュレーションでは、初期平衡は負のΔ′を持つ3/2モードを含む。境界摂動は、3/2有理面上に駆動リコネクションを誘起でき、その島幅は となり、ここで は境界摂動振幅である。3/2島幅が臨界値(等価的に種島)を超えると、より大きな島幅を持つ3/2 NTMが引き起こされる。反磁性流が閾値 より大きい場合、3/2モードはNTM位相に入ることができず、駆動リコネクションの飽和状態に留まることが見出された。強い正のスケーリング が得られる。反磁性流をさらに増加させると、ドリフトテアリングモードの励起により初期の島成長が加速されるが、駆動リコネクションの飽和は低下する。E×Bせん断流は、その同方向または逆方向に応じて、反磁性流の抑制効果を効果的に増強または相殺できる。次に、多ヘリシティシミュレーションでは、正のΔ′を持つ追加の2/1モードが系に加えられる。3/2モードは境界駆動により急速に非線形NTM飽和に入るが、2/1モードの初期成長は遅い。2/1モードが飽和に達すると、3/2 NTMをより低いレベルの飽和へ抑制できる。反磁性流は3/2モードを駆動リコネクション飽和に保つことができるが、2/1モードの飽和を上昇させることが見出された。2/1島の増大は、3/2有理面上でより大きな3/2島を持つ3/2 NTMを引き起こすことができる。2/1島と3/2島の同時成長は、圧力のより広い平坦化領域を生成し、3/2 NTMに対するブートストラップ電流の駆動を大幅に低減する。その結果、3/2 NTMは非常に低い駆動リコネクションレベルに戻るか、完全に安定化される。さらに、固定および非固定プロファイルにおける反磁性流とE×Bせん断流の相乗効果も研究され、多ヘリシティ島間の相互作用を明確に理解するために、磁場トポロジー発展のポアンカレプロットが図示される。

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Tearing modeNeoclassical tearing mode

AIによる論文要約

E×Bシア流とダイアモagnetic流の境界摂動駆動型ネオクラシカルティアリングモードへの相乗効果
JA核融合プラズマの不安定性を研究する研究者や大学院生、特にテアリングモードやNTMの制御に関心のある人#neoclassicaltearingmode #plasmaphysics #fusion #diamagneticflow #shearflow
LLM向け: {"Title": "E×Bシア流とダイアモagnetic流の境界摂動駆動型NTMへの相乗効果", "Authors": "不明", "Research Obj…

磁気閉じ込め核融合プラズマにおける不安定性の一つであるネオクラシカル・ティアリングモード(NTM)について、二流体四場モデルを用いた数値シミュレーションにより、境界摂動によって駆動されるNTMに対するダイアモagnetic流とE×Bシア流の相乗効果を調べた。単一ヘリシティの場合、ダイアモagnetic流がある閾値を超えるとNTMへの移行が抑制されるが、さらに増加するとドリフトティアリングモードにより初期成長が加速される。E×Bシア流はダイアモagnetic流の抑制効果を増強または相殺する。複数ヘリシティの場合、2/1モードと3/2モードの相互作用により、圧力平坦化が進み、3/2 NTMの駆動が減少し安定化される。これらの結果は、NTMの制御に有用な知見を与える。

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