A multi-scale MHD numerical scheme is developed for analysis of nonlinear evolution of a beta-increasing plasma. The scheme is based on iterative calculations of nonlinear dynamics based on the reduced MHD (RMHD) equations and three-dimensional static equilibrium. The equation for average pressure in the RMHD equations plays the role of a transport equation that involves a heat source term and background pressure diffusion terms. The heat source term is controlled so that the beta value should be increased at a constant rate. The scheme is applied to a Large Helical Device (LHD) plasma up to average beta of 1.05%, which is unstable against linear ideal interchange modes while beta values much higher than the stability limit are obtained in the experiments. The result with the multi-scale scheme indicates that many local flat regions are generated in the background pressure profile in the nonlinear evolution of the interchange modes. This structure of the pressure profile suppresses disruptive phenomena because it reduces the driving force of the modes at higher beta value. Such self-organization in the pressure profile is considered to be the stabilizing mechanism in the plasma.
ベータ増加プラズマの非線形発展の解析のためのマルチスケールMHD数値スキームが開発される。このスキームは、簡約MHD（RMHD）方程式と三次元静平衡に基づく非線形ダイナミクスの反復計算に基づいている。RMHD方程式における平均圧力の方程式は、熱源項と背景圧力拡散項を含む輸送方程式の役割を果たす。熱源項は、ベータ値が一定の割合で増加するように制御される。このスキームは、大型ヘリカル装置（LHD）プラズマに適用され、平均ベータ値1.05%まで達する。このプラズマは線形理想交換型モードに対して不安定であるが、実験では安定性限界よりもはるかに高いベータ値が得られている。マルチスケールスキームによる結果は、交換型モードの非線形発展において、背景圧力分布に多くの局所的な平坦領域が生成されることを示す。この圧力分布の構造は、より高いベータ値においてモードの駆動力を低減するため、破壊的現象を抑制する。このような圧力分布における自己組織化は、プラズマにおける安定化メカニズムであると考えられる。