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Unstable drift-kinetic Alfvén modes with helicity close to the rotational transform

D Yu Eremin2008年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

An important feature of some modern facilities (such as optimized stellarators) with a low shear is that the value of their rotational transform is close to a rational number. If a mode helicity is close to the rotational transform of the background magnetic field, the Alfvén continuum frequency can lie in the range of the diamagnetic frequencies of the background electrons. An analytical analysis shows that if the local electron diamagnetic frequency curve crosses the Alfvén continuum from above as one proceeds from the axis to the plasma edge at a radial location relatively distant from the axis, a family of unstable drift-kinetic Alfvén modes arises due to the coupling between the drift and Alfvén waves having the same poloidal numbers. The coupling is mediated by the parallel electric field and the mode is destabilized due to parallel resonances. The mode growth rate can be relatively large and comparable to the real part of the mode frequency. The growth rate peaks at a small radial number, so that the most unstable mode can appear global and be confused with the magnetohydrodynamic modes which can occur in this part of the spectrum. It follows that it is important to consider the diamagnetic effects and the finite parallel electric field, which are frequently neglected for such phenomena in tokamaks, when studying Alfvén phenomena in the lowest part of the electromagnetic spectrum in optimized stellarators.

日本語訳

低シアを有するいくつかの現代的な装置(最適化されたステラレーターなど)の重要な特徴は、その回転変換の値が有理数に近いことである。モードのヘリシティが背景磁場の回転変換に近い場合、アルヴェン連続スペクトルは背景電子の反磁性周波数の範囲内に位置し得る。解析的解析により、軸からプラズマ端に向かって進むにつれて、軸から比較的離れた半径位置において局所電子反磁性周波数曲線がアルヴェン連続スペクトルを上から横切る場合、同じポロイダル数を有するドリフト波とアルヴェン波との間の結合により、不安定なドリフト運動論的アルヴェンモードの族が生じることが示される。この結合は平行電場によって媒介され、モードは平行共鳴によって不安定化される。モードの成長率は比較的大きくなり得、モード周波数の実部に匹敵し得る。成長率は小さな動径方向モード数でピークに達するため、最も不安定なモードは大域的になり得、このスペクトル領域で生じ得る磁気流体力学モードと混同され得る。したがって、最適化されたステラレーターにおける電磁スペクトルの最低周波数領域のアルヴェン現象を研究する際には、トカマクにおけるこのような現象ではしばしば無視される反磁性効果と有限平行電場を考慮することが重要である。

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Alfvén waveKinetic Alfvén wave
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