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Microstability in tokamaks with low magnetic shear

J W Connor, R J Hastie2004年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The stability of drift waves in configurations with low magnetic shear, s, including the case with a minimum in the safety factor, qmin, which is a situation relevant to the formation of internal transport barriers, is analysed. First the small s limit of the ballooning representation is shown to, indeed, coincide with the result of a shear free calculation. Then, the limitations associated with using the ballooning transformation at low shear are discussed. Radially extended ballooning modes can be considered to result from the toroidal coupling of 'modelets' (each of which can contain a number of poloidal harmonics) centred on adjacent resonant surfaces. In a region of low magnetic shear, a modelet situated on a particular resonant surface does not extend to the adjacent surface and therefore the coupling of these is weak and the ballooning theory fails. An alternative approach based on a recurrence relation between modelets is used to analyse these situations with small s. This is then applied to electron drift waves and ion temperature gradient modes as examples. These studies show that for sufficiently long wavelengths, radially extended ballooning modes cannot exist close to a point of zero magnetic shear; however, independent modelets can still exist at resonant surfaces near qmin. The criteria on the wavelength for this situation to prevail are presented. The example of electron drift waves centred on qmin is analysed and it is found that, even for this 'slab-like' electron drift wave, damping from an outgoing wave can be entirely suppressed.Corrections were made to this article on 6 August 2004. The corrected electronic version is identical to the print version.

日本語訳

低磁気シア(s)を持つ配位におけるドリフト波の安定性を解析する。ここには、安全係数の最小値(qmin)を持つ場合も含まれ、これは内部輸送障壁の形成に関連する状況である。まず、バルーニング表現の小さなs極限が、実際にシアのない計算の結果と一致することを示す。次に、低シアにおけるバルーニング変換の使用に伴う限界について議論する。動径方向に拡張されたバルーニングモードは、隣接する共鳴面を中心とする「モードレット」(それぞれが複数のポロイダル高調波を含み得る)のトロイダル結合の結果と見なすことができる。低磁気シアの領域では、特定の共鳴面上に位置するモードレットは隣接面まで拡張せず、したがってこれらの結合は弱く、バルーニング理論は破綻する。モードレット間の漸化関係に基づく代替アプローチを用いて、小さなsを持つこれらの状況を解析する。これを例として電子ドリフト波とイオン温度勾配モードに適用する。これらの研究は、十分に長い波長に対しては、動径方向に拡張されたバルーニングモードがゼロ磁気シアの点の近くに存在できないことを示す。しかし、独立したモードレットはqmin近傍の共鳴面上に依然として存在し得る。この状況が成立するための波長に関する条件を示す。qminを中心とする電子ドリフト波の例を解析し、この「スラブ状」電子ドリフト波であっても、外向き伝播波からの減衰が完全に抑制され得ることが見出される。2004年8月6日に本記事の訂正が行われた。訂正後の電子版は印刷版と同一である。

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Magnetic shear
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