Study of ion turbulent transport and profile formations using global gyrokinetic full- Vlasov simulation

グローバルジャイロ運動論的full-シミュレーションによるイオン乱流輸送と分布形成の研究

井戸村 泰宏   ; 浦野 創; 相羽 信行; 徳田 伸二

Idomura, Yasuhiro; Urano, Hajime; Aiba, Nobuyuki; Tokuda, Shinji

熱源と粒子衝突のあるグローバルジャイロ運動論的full-ブラゾフシミュレーションを用いて中心加熱された正磁気シアトカマクにおけるイオン乱流輸送の重要な特徴を明らかにした。イオン温度分布は臨界勾配付近で大域的に勾配特性長が一定となるように維持され、熱流束のかなりの部分がスペクトルで特徴付けられる雪崩現象で輸送される。これらの特徴は自己組織化臨界を示唆する。磁力線方向の運動量バランスで決まる平衡径電場のシアが雪崩現象の伝播及び運動量束の向きに強く影響する。シア応力による非拡散的運動量輸送を観測し、炉心への運動量入力なしに有限の(自発的)トロイダル回転が形成されることを発見した。

Key features of ion turbulent transport in a normal shear tokamak with on-axis heating are clarified using a global gyrokinetic full- Vlasov simulation with sources and collisions. It is found that stiff ion temperature profiles are sustained with globally constant gradient scale length near a critical value, and a significant part of the heat flux is carried by avalanches with type spectra, which suggest a self-organized criticality. The directions of avalanche propagation and the momentum flux are strongly affected by the shear of the equilibrium radial electric field , which is determined by a parallel momentum balance. Nondiffusive momentum transport due to the shear stress is observed and a non-zero (intrinsic) toroidal rotation is formed without momentum input near the axis.