Drift magnetohydrodynamic (MHD) equations have been derived in order to investigate the ion diamagnetic drift effect on the stability to ideal MHD modes in rotating plasmas. These drift MHD equations have been simplified with the Frieman-Rotenberg formalism under the incompressible assumption, and a new code, MINERVA-DI, has been developed to solve the derived extended Frieman-Rotenberg equation. Benchmark results of the MINERVA-DI code show good agreements with the analytic theory discussing the stability to an internal kink mode and that to a ballooning mode in static plasmas. The stability analyses of the ballooning mode with respect to toroidal rotation with the ion diamagnetic drift effect have been performed using MINERVA-DI. The stabilizing effect by the ion diamagnetic drift is found to be negligible when the rotation frequency is large compared to the ion diamagnetic drift frequency. The direction of plasma rotation affects the ballooning mode stability when the ion diamagnetic drift effect is taken into account. It is identified that there are two physics mechanisms responsible for the dependence of MHD stability on the rotation direction. One is the correction of the dynamic pressure effect on MHD stability by the ion diamagnetic drift, and the other is the change of the MHD eigenmode structure by the combined effect of plasma rotation and ion diamagnetic drift.
ドリフトMHD方程式は、回転プラズマにおける理想MHDモードの安定性に対するイオン反磁性ドリフト効果を調べるために導出された。これらのドリフトMHD方程式は、非圧縮性仮定の下でFrieman-Rotenberg形式を用いて簡略化され、導出された拡張Frieman-Rotenberg方程式を解くための新しいコードMINERVA-DIが開発された。MINERVA-DIコードのベンチマーク結果は、静的なプラズマにおける内部キンクモードとバルーニングモードの安定性を論じた解析理論と良好な一致を示した。イオン反磁性ドリフト効果を考慮したバルーニングモードの安定性解析が、MINERVA-DIを用いて回転周波数に対して行われた。イオン反磁性ドリフトによる安定化効果は、回転周波数がイオン反磁性ドリフト周波数に比べて大きい場合には無視できることが見出された。プラズマ回転の方向は、イオン反磁性ドリフト効果を考慮した場合にバルーニングモードの安定性に影響を与える。MHD安定性の回転方向依存性には、2つの物理メカニズムが関与していることが特定された。1つは、イオン反磁性ドリフトによる動圧効果のMHD安定性への補正であり、もう1つは、プラズマ回転とイオン反磁性ドリフトの複合効果によるMHD固有モード構造の変化である。