Global profile effects and structure formations in toroidal electron temperature gradient driven turbulence

反転磁気シアトカマクにおけるトロイダル電子温度勾配駆動モードのグローバルシミュレーション

井戸村 泰宏   ; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Idomura, Yasuhiro; Tokuda, Shinji; Kishimoto, Yasuaki

ジャイロ運動論的グローバルトロイダルコードを用いて正磁気シア及び反転磁気シアトカマクにおけるトロイダル電子温度勾配駆動(ETG)乱流を調べた。非線形乱流状態において正磁気シア及び反転磁気シア配位におけるETG乱流は全く異なる構造形成を示す。正磁気シア配位においては、ETG乱流はバルーニング構造を示すストリーマにより支配され、電子温度分布は乱流の時間スケールで急速に緩和し臨界安定状態に至る。反転磁気シア配位においては、正磁気シア領域がストリーマで特徴付けられるのに対し、負磁気シア領域では準定常な帯状流が生成される。この結果、電子熱拡散係数は面をまたがってギャップ構造を形成し、温度勾配は臨界安定より上の状態で準定常に長時間維持される。これらの結果は、正磁気シアトカマクにおける分布の硬さ、及び、反転磁気シア配位における輸送障壁形成の可能性を示唆している。

Using a global gyrokinetic toroidal particle code, the toroidal electron temperature gradient driven (ETG) turbulence is studied in positive and reversed shear tokamaks. In the nolinear turbulent state, the ETG turbulence in the positive and reversed shear configurations show quite different structure formations. In the positive shear configuration, the ETG turbulence is dominated by streamers which have a ballooning type structure, and the electron temperature profile is quickly relaxed to the marginally stable state in a turbulent time scale. In the reversed shear configuration, quasi-steady zonal flows are produced in the regative shear region, while the positive shear region is characterized by streamers. Accordingly, the electron thermal diffusivity has a gap structure across the surface, and the gradinet is sustained above the marginal value for a long time in the quasi-steady phase. The results suggest a stiffness of the profile in positive shear tokamaks, and a possibility of the Te transport barrier in reversed shear tokamaks.