1次元モデルにおけるL-H, H-L遷移の時空間発展

Spatio-temporal evolutions of L-H and H-L transitions in the one-dimensional model

三木 一弘; Diamond, P. H.*; Schmitz, L.*; McDonald, D. C.*; Gurcan, O.*; Tynan, G. R.*

Miki, Kazuhiro; Diamond, P. H.*; Schmitz, L.*; McDonald, D. C.*; Gurcan, O.*; Tynan, G. R.*

ITERでは、輸送閉じ込め状態が改善するL-H遷移が発生する臨界近傍の加熱パラメータを選択する。装置サイズは巨大であるので、装置制御は限定的となる。したがって、プラズマ閉じ込め状態の改善に関する研究では、H-L逆遷移も考慮しなければならない。本研究では簡約化された1次元メゾスケールモデルを用いて、ELMのない状態でのH-L逆遷移のダイナミクスを調べた。モデル計算により、乱流の拡散現象がH-L逆遷移を引き起こす重要なプロセスであることが分かった。逆遷移現象には乱流とプロファイルを結ぶフィードバック機構が存在する。加熱を緩やかに減少させた場合、Iフェイズと呼ばれるL-H遷移前に見られる乱流揺動の振動現象が発生した。一方、急激な加熱減少の場合の挙動はよりバースト的である。IフェイズはHモードの乱流が残存するペデスタルの上部に現れる。ヌセルト数を用いて、プロファイル勾配に対するヒステリシスを特徴付けた。温度勾配に対する密度勾配の発展を追跡することで、相対ヒステリシスが記述できて、これがペデスタルのプラントル数に依存することがわかった。Hモードの密度勾配はHモードの温度勾配よりもより残存しやすいことが想定される。

Since ITER will operate close to threshold and with limited control, the H-L back transition is a topic important for machine operations as well as physics. Using a reduced mesoscale model, we investigate ELM-free H-L back transition dynamics. Model studies indicate that turbulence spreading is the key process which triggers the back transition. The transition involves a feedback loop linking turbulence and profiles. The I-phase appears during the back transition following a slow power ramp down, while fast ramp-down reveal a single burst of zonal flow during the back transition. The I-phase nucleates at the pedestal shoulder, as this is the site of the residual turbulence in H-mode. Hysteresis in profile gradient is characterized by the Nusselt number. Relative hysteresis of temperature gradient vs density gradient is sensitive to the pedestal Prandtl number. We expect the H-mode to be somewhat more resilient in density than in temperature.