Sawteeth in tokamak plasmas correspond to periodic relaxations of the temperature and density in the central region of the plasma, caused by the internal kink mode. They play an important role in core confinement and impurity transport in the central region of a tokamak discharge, and they can trigger secondary instabilities. Being able to control their dynamics is therefore important. In this article, we explore by means of MHD simulations the control of sawteeth, relying on current or power deposition in the vicinity of the q = 1 surface. To do so, simulations with the full-MHD code xtor-2f (Lütjens and Luciani 2010 J. Comput. Phys. 229 8130–43), which features power and current source terms mimicking the effects of ECCD and ECRH, are performed. Simulations show that a deposition of current inside the inversion radius leads to an increase of the sawtooth frequency whereas a deposition near or outside the inversion radius leads to a decrease of the sawtooth frequency, in agreement with theoretical and experimental predictions. For power depositions, the situation appears however to be more complex. The modification of the sawtooth shape in presence of additional heating or current drive is also investigated. The existence of a critical shear setting the condition of the sawtooth crash is found to apply, although the inter-crash dynamics is often too complex and MHD-dependent to be summarized as a periodic instantaneous redistribution of current and energy, as assumed in the analytical models. Finally, we briefly explore possible scenarios for the triggering of magnetic islands, and show how controlling the sawteeth can help to prevent the triggering of tearing instabilities.
トカマクプラズマにおける鋸歯状振動は、内部キンクモードによって引き起こされる、プラズマ中心領域における温度・密度の周期的な緩和に対応する。それらは、トカマク放電の中心領域における閉じ込めと不純物輸送において重要な役割を果たし、二次不安定性を引き起こす可能性がある。したがって、そのダイナミクスを制御できることは重要である。本論文では、q = 1 面近傍への電流またはパワー堆積に依存して、MHDシミュレーションにより鋸歯状振動の制御を探求する。そのために、ECCDおよびECRHの効果を模擬するパワー源項と電流源項を特徴とする完全MHDコードxtor-2f (Lütjens and Luciani 2010 J. Comput. Phys. 229 8130–43) を用いたシミュレーションを実行する。シミュレーションにより、反転半径の内側への電流堆積は鋸歯状振動の周波数を増加させ、一方、反転半径の近くまたは外側への堆積は鋸歯状振動の周波数を減少させることが示され、これは理論的・実験的予測と一致する。しかし、パワー堆積については、状況はより複雑であるように思われる。追加加熱または電流駆動の存在下での鋸歯状振動の形状変化についても調査する。鋸歯状振動のクラッシュの条件を設定する臨界シアの存在が見出され、これは適用可能であるが、クラッシュ間のダイナミクスは、解析モデルで仮定されているように、電流とエネルギーの周期的な瞬間的再配分として要約するには、しばしば複雑すぎてMHDに依存することが多い。最後に、磁気島の発生の可能性のあるシナリオを簡単に調査し、鋸歯状振動の制御がテアリング不安定性の発生を防ぐのにどのように役立つかを示す。