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Effects of current and pressure profiles on resistive MHD modes in reversed field pinches

D.H. Liu1997年被引用 13Nuclear FusionIF 3出版社

Resistive MHD stability studies of reversed field pinches (RFPs) for various mu profiles (where mu = mu 0J.B/B2) and pressure profiles have been done. For the first time, a system that can simulate both the experimental hollow mu profiles and the locally flattened mu profiles has been set up, thus enabling extensive stability studies of equilibrium profiles. Broadening the mu profile is beneficial to stabilizing the internal mode. A mu profile locally flattened around the reversal surface is found to cause a deterioration of the internal mode and the m=0 mode stability. Also, the corresponding spectra of unstable modes are expanded. This may be associated with the increasing magnetic fluctuations. When a mu profile is hollow near the magnetic axis, the spectrum shrinks to low kz, values and the field reversal is deepened. Whether this hollow mu profile causes a deterioration of the stability in RFP depends on the depth of the hollowness and on the corresponding pinch parameter. On the other hand, unstable modes in the RFP are found to be very sensitive to the pressure gradient at the rational surface. Even for the typical beta p=10% case, the shaping of the pressure profile dramatically changes the stability of both the plasma core and the plasma boundary regions. Furthermore, the poloidal beta, beta p, is found to be sensitive to the modification of the current profile. The resulting stability in the RFP when changing the current profile is actually due to the combined effect of changing both beta p and the mu profile. This shows the limitation of the "force-free" assumption, which is widely used in RFP simulations

日本語訳

抵抗性MHD安定性研究が、様々なμプロファイル(ここでμ = μ0J・B/B^2)および圧力プロファイルに対して、反転磁場ピンチ(RFP)について行われた。初めて、実験的な中空μプロファイルと局所的に平坦化されたμプロファイルの両方をシミュレートできるシステムが構築され、これにより平衡プロファイルの広範な安定性研究が可能となった。μプロファイルを広げることは、内部モードの安定化に有益である。反転面周辺で局所的に平坦化されたμプロファイルは、内部モードおよびm=0モードの安定性を悪化させることが見出された。また、対応する不安定モードのスペクトルは拡大される。これは増大する磁気変動と関連している可能性がある。μプロファイルが磁気軸近傍で中空である場合、スペクトルは低いkz値に縮小し、磁場反転は深くなる。この中空μプロファイルがRFPの安定性の悪化を引き起こすかどうかは、中空の深さと対応するピンチパラメータに依存する。一方、RFPにおける不安定モードは、有理面での圧力勾配に非常に敏感であることが見出された。典型的なβ_p=10%の場合でも、圧力プロファイルの形状は、プラズマコアとプラズマ境界領域の両方の安定性を劇的に変化させる。さらに、ポロイダルベータ(β_p)は、電流プロファイルの変更に敏感であることが見出された。電流プロファイルを変更したときのRFPの安定性は、実際にはβ_pとμプロファイルの両方を変更する複合効果によるものである。これは、RFPシミュレーションで広く使用されている「フォースフリー」仮定の限界を示している。

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MagnetohydrodynamicsReversed field pinchMHD modes
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