Dynamics of turbulent transport dominated by the geodesic acoustic mode near the critical gradient regime

臨界勾配領域近傍での測地的音響モードによって支配される乱流輸送のダイナミクス

三木 一弘*; 岸本 泰明; Li, J.*; 宮戸 直亮

Miki, Kazuhiro*; Kishimoto, Yasuaki; Li, J.*; Miyato, Naoaki

トカマクプラズマ中のトロイダルイオン温度勾配乱流とそれに関連した臨界勾配近傍での輸送に対する測地的音響モード(GAM)の効果がグローバルランダウ流体シミュレーションと拡張predator-preyモデル解析に基づき調べられる。GAMの放射や伝播を伴った新しいタイプの輸送の間欠的現象(GAM間欠性)が見つかった。このGAMは伝播している間、無衝突減衰を受け非局所的に乱流エネルギーを輸送する。静的帯状流は繰り返される準周期性の間欠的バーストの非減衰残存部分の蓄積によって徐々に強まり、やがて乱流を抑える。これは線形の臨界勾配の非線形な上方シフト、いわゆるDimitsシフトにつながる。この過程は新しいクラスの過渡現象に分類され、成長する間欠性と呼ばれる。GAMの無衝突減衰を含む拡張された最小predator-preyモデルが提案される。これは成長する間欠性の主要な特徴を再現し、シミュレーションで観測されるさまざまな時間スケールを近似的に予測する。

Effects of geodesic acoustic modes (GAMs) on toroidal ion temperature gradient turbulence and associated transport near the critical gradient regime in tokamak plasma are investigated based on global Landau-fluid simulations and extended predator-prey modeling analyses. A new type of intermittent dynamics of transport accompanied with emission and propagation of the GAMs has been found. The GAMs transfer turbulence energy to wide radial region nonlocally. Stationary zonal flows gradually grow over many periods of quasi-periodic intermittent bursts and quench the turbulence, leading to a nonlinear up-shift of the linear critical gradient, the Dimits shift. This process is categorized as a new class of transient dynamics, growing intermittency. An extended minimal predator-prey model is proposed, which qualitatively reproduces the main features of the growing intermittency and approximately predicts its various time scales observed in the simulations.