We have executed nonlinear magnetohydrodynamic simulations in a heliotron-type configuration with a large pressure gradient to reveal the nonlinear dynamics of a collapse phenomenon. The simulation results reproduce the qualitative characteristics of the experimental observation on the so-called core density collapse events in the Large Helical Device plasma with the super-dense core profile. A long-term nonlinear behaviour on the event, including the flushing mechanism of the core pressure, is clarified. The simulation result shows the linear growth of the ballooning-like resistive instability modes with the intermediate poloidal wavenumbers. The growth of the modes are eventually saturated, and the system experiences the energy relaxation in about 1 ms. It should be noted that the linear mode structures are localized in the edge region, whereas the core pressure rapidly falls as the system reaches the relaxed state. Such coexistence of the edge perturbation and the core collapse is consistent with the experimental observations. The lost pressure forms a wide base in the peripheral region. The core pressure is, on the other hand, remarkably reduced at a certain period, although it had well withstood the disturbance before it. The most salient feature on this period is the disordering of the magnetic field structure. The system keeps the nested-flux-surface structure well at the beginning, whereas part of them are abruptly lost in this period. Such a situation can induce a flattening of the pressure profile along the reconnected field lines. By checking the place where the plasma loss due to this mechanism occurs, such plasma outlets are found to be located mainly on the disordered region. Thus, one can conclude that the core collapse can be caused by the disturbance of the magnetic field.
我々は、ヘリカル型配位における大きな圧力勾配を伴う崩壊現象の非線形ダイナミクスを明らかにするため、非線形磁気流体シミュレーションを実行した。シミュレーション結果は、いわゆるコア密度崩壊事象に関する実験観測の定性的特徴を再現する。崩壊の非線形段階において、コア圧力の緩やかな低下に伴い、ポロイダルモード数が中程度の抵抗性不安定性モードが線形成長を示すことが明らかになった。これらのモードの成長は最終的に飽和し、その後、系は緩和過程を経る。線形モード構造は周辺領域に局在する一方、コア圧力は緩和状態への遷移に伴い急速に減少する。周辺部における摂動とコア部における崩壊のこの共存は、実験観測と定性的に一致する。圧力損失は周辺領域において広範な構造を形成し、一方でコア圧力は、摂動に対して初期には高い耐性を示すものの、特定の段階において顕著な減少を示す。この段階における最も顕著な特徴は、磁気面構造の乱れである。系は初期段階において入れ子状の磁気面構造を良好に維持するが、その後、磁気面の一部が急激に消失する。この状況は、磁力線に沿った圧力分布の平坦化を誘起する。このメカニズムによるプラズマ損失の発生位置を調べたところ、損失の出口は主に乱れた領域に位置することが明らかになった。以上の結果から、コア崩壊は磁場の擾乱によって引き起こされ得ると結論づけられる。