Global structure of zonal flow and electromagnetic ion temperature gradient driven turbulence in tokamak plasmas

トカマクプラズマ中の電磁的イオン温度勾配駆動乱流と帯状流のグローバル解析

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J.

Miyato, Naoaki; Kishimoto, Yasuaki; Li, J.

トカマクプラズマ中の電磁的イオン温度勾配駆動乱流-帯状流結合系を、グローバル電磁ランダウ流体コードを用いて調べた。帯状流の振る舞いは安全係数の大きさにより変化する。低安全係数領域では静的な帯状流が励起され、乱流を効果的に抑える。高安全係数領域では帯状流とポロイダル非対称な圧力揺動が結合し、帯状流が振動する。この振動帯状流のエネルギーがポロイダル非対称な圧力揺動を介して非線形的に乱流へ輸送されていることが同定された。このため、高安全係数領域では帯状流が乱流輸送を抑えることができない。帯状流の振る舞いの観点から、トカマクプラズマの閉じ込め改善には静的な帯状流が支配的となる低安全係数領域を作ることが好ましい。

Global characteristics of the coupled system of zonal flows and electromagnetic ion temperature gradient driven turbulence in tokamak plasmas are investigated using a global electromagnetic Landau fluid code. Zonal flow behavior changes with the safety factor . In a low region stationary zonal flows are excited and suppress the turbulence effectively. Coupling between zonal flows and poloidally asymmetric pressure perturbations due to a geodesic curvature makes the zonal flows oscillatory in a high region. Energy transfer from the oscillatory zonal flows to the turbulence via the poloidally asymmetric pressure perturbations is identified. Therefore in the high region where the zonal flows are oscillatory, the zonal flows cannot quench the turbulence and turbulent transport is not suppressed completely. As for the zonal flow behavior, it is favorable for confinement improvement to make the low region where the stationary zonal flows are dominant in tokamak plasmas.