The effects of finite (the ratio of plasma kinetic pressure to magnetic pressure) and three-dimensional (3D) magnetic perturbations (MPs) on the instability of toroidal ion temperature gradient (ITG) mode are studied in this work. The expression of ion magnetic drift frequency modified by the effects from both finite and 3D MPs is firstly derived based on the local 3D equilibrium model. Then, under the assumptions of adiabatic electrons and localized mode structure around the outboard mid-plane (), the dispersion equation of the long wavelength toroidal ITG mode with considering the parallel ion dynamics is derived and solved. The results show that the distribution of around the outboard mid-plane, including both and (twist parameter quantifying the degree of concave or convex of ), is the key for affecting the toroidal ITG mode instability. The diamagnetic effects from finite and the effects from 3D MPs can suppress the instability by reducing . Via reducing under the prerequisite of unchanged sign of , there also exist stabilization effects on the instability from 3D MPs and the modification of local magnetic shear by finite effects. In addition, the stabilization effects induced by reducing are closely associated with the global magnetic shear. The mechanisms for the effects of finite and 3D MPs on the instability of toroidal ITG mode revealed in this work are helpful to the comprehensive understanding of the relationship between internal kink mode induced non-axisymmetric flux surface distortion and internal transport barrier physics in tokamak plasmas.
本論文では、有限 （プラズマ運動圧と磁気圧の比）および三次元（3D）磁気摂動（MPs）がトロイダルイオン温度勾配（ITG）モードの不安定性に及ぼす影響を研究する。有限 と3D MPsの両方の効果によって修正されたイオン磁気ドリフト周波数 の式は、まず局所3D平衡モデルに基づいて導出される。次に、断熱電子およびアウトボード中間面（）の周辺での局在モード構造の仮定の下で、平行イオン動力学を考慮した長波長トロイダルITGモードの分散方程式が導出され、解かれる。結果は、アウトボード中間面周辺での の分布（ と の両方を含む。 は の凹または凸の程度を定量化するツイストパラメータである）が、トロイダルITGモード不安定性に影響を与える鍵であることを示している。有限 からの反磁性効果と3D MPsからの効果は、 を低減することにより不安定性を抑制することができる。 の符号が不変という前提の下で を低減することにより、3D MPsと有限 効果による局所磁気シアの修正から生じる不安定性に対する安定化効果も存在する。さらに、 を低減することによって誘起される安定化効果は、大域磁気シアと密接に関連している。本論文で明らかにされた、トロイダルITGモードの不安定性に対する有限 と3D MPsの影響のメカニズムは、トカマクプラズマにおける内部キンクモードによって誘起される非軸対称フラックス面歪みと内部輸送障壁物理との関係の包括的理解に役立つ。