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Nonlinear second order electromagnetic gyrokinetic theory for a tokamak plasma

A V Dudkovskaia, H R Wilson, J W Connor, D Dickinson, F I Parra2023年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The steep plasma pressure gradient that forms at the edge of the high confinement, H-mode regime of tokamak operation provides free energy to drive electromagnetic micro-instabilities that are widely believed to influence the transport processes in this so-called pedestal region. This high pressure gradient also provides a high current density (bootstrap current), known to influence ballooning mode stability and to be important for driving kink modes in the ideal magneto-hydrodynamic plasma model (so-called peeling-ballooning modes). Furthermore, efficient, steady state future tokamak power plants must operate with a large bootstrap current in the core and especially concerning spherical tokamaks, confinement will be influenced by electromagnetic turbulence. To accommodate these important situations, conventional electromagnetic gyrokinetic theory is extended to incorporate neoclassical effects in the equilibrium drives, allowing (B0 is the confining magnetic field, and Bϑ is its poloidal component). This provides a global gyrokinetic model that self-consistently captures the consequences of large bootstrap current fractions on the equilibrium distribution functions.

日本語訳

高閉じ込めモード(Hモード)領域におけるトカマク運転の際に端部で形成される急峻なプラズマ圧力勾配は、電磁的微視的不安定性を駆動する自由エネルギーを提供し、これらの不安定性は、いわゆるペデスタル領域における輸送過程に広く影響を及ぼすと考えられている。この高い圧力勾配はまた、高電流密度(ブートストラップ電流)をもたらし、これはバルーニングモード安定性に影響を与え、理想磁気流体力学モデルにおけるキンクモード(いわゆるピーリング・バルーニングモード)の駆動に重要であることが知られている。さらに、効率的な定常運転を目指す将来のトカマク発電炉では、コア領域において大きなブートストラップ電流が必要であり、特に球状トカマクでは、電磁的乱流によって閉じ込めが影響を受ける可能性がある。これらの重要な状況に対処するため、従来のジャイロ運動論的理論は、平衡駆動項に新古典効果を組み込むよう拡張され、これにより(B0は閉じ込め磁場、Bϑはそのポロイダル成分を表す)という条件下で、大きなブートストラップ電流割合が平衡分布関数に及ぼす影響を自己無撞着に捉えるグローバルジャイロ運動論モデルが提供される。

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Gyrokinetic
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