ダブルテアリングモード

ダブルテアリングモード(double tearing mode、DTM)とは、トカマクプラズマの安全因子qが非単調な分布をもつとき、同じ螺旋モード数m/nに対応する有理面が半径方向に二つ現れ、その両方で同時にテアリング不安定が成長する現象である。逆磁気シア配置における代表的なマグネトヒドロダイナミクス(MHD)不安定であり、大きな磁気島の形成と圧力の急激な崩壊(クラッシュ)を引き起こしうるため、高性能運転の実現に向けてその物理と制御が盛んに研究されてきた。

定義と逆磁気シアの文脈

先進トカマク運転では、ブートストラップ電流が局所圧力勾配に比例するため、電流分布はしばしば中空(非単調)になり、安全因子分布は中心部で極小をもつ。この逆磁気シア配置は、バルーニングモードやドリフト不安定を抑えて内部輸送障壁(ITB)を形成し、エネルギー閉じ込めを大幅に改善するため、定常高性能運転の鍵とされる。しかし、qが極小値をまたいで同じ有理数を二度横切ると、例えばq=2の面が内側と外側に一つずつ現れる。この二つの共鳴面にまたがって成長するのがダブルテアリングモードであり、ITBが形成される半径位置と共鳴面がしばしば一致するため、閉じ込め性能が最も高い領域でまさに不安定化しうる点が厄介である。

二つの有理面の間隔Δrがこの現象の本質的なパラメータである。次の図は、間隔を変えた複数の初期q分布を示したもので、中心部に極小をもつ非単調分布がDTMの舞台となる。