The study is aimed at clarifying the balance between the sinks and sources in the problem of intrinsic plasma rotation in tokamaks reviewed recently by deGrassie (2009 Plasma Phys. Control. Fusion51 124047). The integral torque on the toroidal plasma is calculated analytically using the most general magnetohydrodynamic (MHD) plasma model taking account of plasma anisotropy and viscosity. The contributions due to several mechanisms are separated and compared. It is shown that some of them, though, possibly, important in establishing the rotation velocity profile in the plasma, may give small input into the integral torque, but an important contribution can come from the magnetic field breaking the axial symmetry of the configuration. In tokamaks, this can be the error field, the toroidal field ripple or the magnetic perturbation created by the correction coils in the dedicated experiments. The estimates for the error-field-induced electromagnetic torque show that the amplitude of this torque is comparable to the typical values of torques introduced into the plasma by neutral beam injection. The obtained relations allow us to quantify the effect that can be produced by the existing correction coils in tokamaks on the plasma rotation, which can be used in experiments to study the origin and physics of intrinsic rotation in tokamaks. Several problems are proposed for theoretical studies and experimental tests.
本研究は、deGrassie（2009 Plasma Phys. Control. Fusion 51 124047）によって最近レビューされたトカマクにおける固有プラズマ回転の問題における、シンクとソースのバランスを明らかにすることを目的としている。トロイダルプラズマに対する積分トルクは、プラズマの異方性と粘性を考慮した最も一般的な磁気流体力学（MHD）プラズマモデルを用いて解析的に計算される。複数のメカニズムによる寄与が分離され、比較される。それらのいくつかは、プラズマ中の回転速度分布を確立する上で重要である可能性があるが、積分トルクへの寄与は小さいことが示される。一方で、配位の軸対称性を破る磁場が重要な寄与をもたらす可能性がある。トカマクにおいては、これは誤差磁場、トロイダル磁場リップル、あるいは専用実験における補正コイルによって生成される磁場摂動であり得る。誤差磁場によって誘起される電磁トルクの推定により、このトルクの大きさは、中性粒子ビーム入射によってプラズマに導入される典型的なトルク値に匹敵することが示される。得られた関係式により、既存の補正コイルがトカマクのプラズマ回転に及ぼす影響を定量化することが可能となり、これはトカマクにおける固有回転の起源と物理を研究するための実験に利用できる。理論研究および実験的検証のためのいくつかの課題が提案される。