Finite beta effects on an ITG turbulence-zonal mode system in tokamak plasmas

トカマクプラズマ中のイオン温度勾配乱流-帯状モード系に対する有限ベータの影響

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J.*; 徳田 伸二

Miyato, Naoaki; Kishimoto, Yasuaki; Li, J.*; Tokuda, Shinji

電磁的イオン温度勾配(ITG)乱流のグローバル流体シミュレーションにより、ITG乱流と帯状モードの複合系に対する有限ベータ効果を調べた。有限ベータは線型ITGモードについて安定化効果を持つ一方、運動論的バルーニングモード(KBM)を不安定化させ、高ベータではKBMモードがITGモードに代わり支配的となる。ITGが支配的な領域では帯状流はレイノルズ応力により駆動され、geodesic transferは帯状流のエネルギーシンクになる。線型で最も不安定なモードがITGモードからKBMモードに変わるベータでもマクスウェル応力はそれほど大きくはない。有限ベータで生成される帯状磁場はシミュレーションでのトロイダルモードの取り方に影響されるので、有限ベータのシミュレーションではとびとびのトロイダルモードを取るのは適当ではない。

Finite beta effects on a coupled system of ion temperature gradient (ITG) driven turbulence and zonal modes are investigated by global fluid simulations of electromagnetic ITG turbulence. Finite beta has stabilizing effect on the linear ITG mode, while kinetic ballooning mode (KBM) is destabilized by beta and becomes dominant at high beta. In the ITG dominant regime zonal flows are driven by turbulence via the Reynolds stress and the geodesic transfer is a sink for the zonal flows. The Maxwell stress contribution to zonal flow generation is not so large even at the beta at which the most linearly unstable mode is changing from the ITG mode to the KBM. In electrostatic turbulence simulations, coarse choice of toroidal modes is often used to reduce computational time. But all toroidal modes should be included in numerical turbulence simulations for correct zonal mode generation.