[論文レビュー] Impact Of A Uniform Plasma Resistivity In MHD Modelling Of Helical Solutions For The Reversed Field Pinch Dynamo

D. Bonfiglio, S. Cappello+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2016

Plasma Diagnostics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、SpeCylコードを用いた3次元粘性・抵抗性MHDシミュレーションにおいて、逆転磁場ピンチ（RFP）のヘリカル状態における一様なプラズマ抵抗率の影響を調査した。一様な抵抗率はダイナモ作用を低減させ、わずかに逆転したまたは逆転しない平衡状態をもたらし、軸対称的な散逸仮定の妥当性に疑問を呈するものであり、今後のシミュレーションにおいて自己自己一貫的でヘリカル対称な抵抗率プロファイルの導入が不可欠であることを示唆している。

ABSTRACT

Till now the magnetohydrodynamic (MHD) simulation of the reversed field pinch (RFP) has been performed by assuming axis-symmetric radial time independent dissipation profiles. In helical states this assumption is not correct since these dissipations should be flux functions, and should exhibit a helical symmetry as well. Therefore more correct simulations should incorporate self-consistent dissipation profiles. As a first step in this direction, the case of uniform dissipation profiles was considered by using the 3D nonlinear visco-resistive MHD code SpeCyl. It is found that a flattening of the resistivity profile results in the reduction of the dynamo action, which brings to marginally-reversed or even non-reversed equilibrium solutions. The physical origin of this result is discussed in relation to the electrostatic drift explanation of the RFP dynamo. This sets constraints on the functional choice of dissipations in future self-consistent simulations.

研究の動機と目的

• RFPヘリカル状態のMHDシミュレーションにおいて、軸対称的かつ時間に依存しない抵抗率プロファイルを仮定することの妥当性を評価すること。
• 一様な抵抗率がヘリカルRFP構成におけるダイナモ作用および平衡構造に与える影響を調査すること。
• RFPダイナモの静電的ドリフトメカニズムと抵抗率プロファイルの対称性との関係における物理的意味を評価すること。
• 今後の自己自己一貫的MHDシミュレーションのための抵抗率関数形に制約を提示すること。

提案手法

• 3次元非線形粘性・抵抗性MHDコードSpeCylを用いて、逆転磁場ピンチにおけるヘリカル状態をシミュレートした。
• プラズマ断面全域にわたって一様な抵抗率プロファイルを用い、従来の軸対称的径方向プロファイルとは対照的であった。
• 一様な抵抗率下での磁場および速度場の時間発展をシミュレートし、ダイナモ作用および平衡逆転の程度を評価した。
• 得られた磁場構造および電流プロファイルを分析して、磁場逆転の度合いを特定した。
• シミュレーション結果をRFPダイナモの静電的ドリフト説明と結びつけた。
• 非一様で軸対称的な抵抗率プロファイルを仮定した従来のシミュレーション結果と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一様な抵抗率プロファイルは、逆転磁場ピンチのヘリカル状態におけるダイナモ作用にどのように影響を与えるか？
• RQ2 一様な抵抗率は、RFP平衡における磁場逆転にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 RFPダイナモの静電的ドリフトメカニズムは、抵抗率プロファイルの対称性とどのように関係するか？
• RQ4 一様な抵抗率は、ヘリカルRFP状態におけるMHDシミュレーションの自己自己一貫性をどの程度損なうか？
• RQ5 本研究は、今後の自己自己一貫的シミュレーションにおける抵抗率関数形にどのような制約を課すか？

主な発見

• 一様な抵抗率プロファイルは、非一様で軸対称的なプロファイルと比較して、ダイナモ作用が顕著に低減することが分かった。
• シミュレーション結果は、逆転からわずかに逆転した、あるいは逆転しない磁場平衡構成への遷移を示した。
• 抵抗率プロファイルの平坦化は、磁場逆転を維持するためのヘリカル電流駆動を抑制する。
• この抑制の背後にある物理的メカニズムは、抵抗率の一様性によって破壊される静電的ドリフト寄与に起因する。
• これらの結果は、ヘリカルRFP状態のモデル化において、軸対称的抵抗率仮定が不十分であることを示している。
• 今後の自己自己一貫的シミュレーションでは、ダイナモ物理を正確に捉えるためにヘリカル対称な抵抗率プロファイルを組み込む必要がある。