Magnetic islands resulting from magnetic reconnection play significantly important roles in critical issues of magnetic fusion plasmas, because they essentially change magnetic topology and significantly degrade plasma confinement. In this paper, we report that the wide islands can lead to a structure bifurcation of flow parity inside islands, then induce a state with a large vortex flow. The mechanism is identified as an instability in the configuration with magnetic islands, in which the eigenmode parity is contrary to the conventional tearing mode and the radial profile of zonal flow also changes. The critical values of the width of magnetic island for the bifurcation are obtained and discussed. The dependence of bifurcation on various physical parameters is studied in detail. It is found that tearing instability parameter and diamagnetic drift flow have significant impacts on the bifurcation. Moreover, the characteristics of the bifurcation show the qualitative agreement with the experimental observation on the Large Helical Device.
磁気リコネクションに起因する磁気島は、磁気トポロジーを本質的に変化させ、プラズマ閉じ込めを著しく劣化させるため、磁気核融合プラズマの重要な問題において極めて重要な役割を果たす。本論文では、広い磁気島が島内部のフローパリティの構造分岐を引き起こし、その後、大きな渦流を伴う状態を誘起することを報告する。この機構は、磁気島を有する配位における不安定性として同定され、そこでは固有モードのパリティが従来のテアリングモードとは逆であり、帯状流の動径プロファイルも変化する。分岐に対する磁気島の幅の臨界値が得られ、議論される。分岐の様々な物理パラメータへの依存性が詳細に調べられる。テアリング不安定性パラメータと反磁性ドリフト流が分岐に有意な影響を与えることが見出される。さらに、分岐の特性は、大型ヘリカル装置における実験観測と定性的に一致することを示す。