Gyrokinetic Vlasov simulations of ITG-TEM driven turbulent transport on realistic tokamak equilibrium

実トカマク平衡におけるITG-TEM駆動乱流輸送のジャイロ運動論的シミュレーション

仲田 資季; 本多 充; 吉田 麻衣子; 浦野 創; 前山 伸也; 沼波 政倫*; 渡邉 智彦*

Nakata, Motoki; Honda, Mitsuru; Yoshida, Maiko; Urano, Hajime; Maeyama, Shinya; Nunami, Masanori*; Watanabe, Tomohiko*

ITERやDEMOに代表される次世代の燃焼プラズマの乱流輸送特性の解明と予測には、核融合プラズマの第一原理モデルであるジャイロ運動論に基づいた乱流輸送シミュレーションが不可欠である。本研究では、著者らが開発している第一原理乱流シミュレーションコードGKV-Jを駆使して、実際のJT-60Uトカマク平衡を用いたITG-TEM駆動乱流輸送シミュレーションを実現した。まず、微視的線形安定性解析により、プラズマ内側領域ではITGモード、中間領域ではITG-TEMモード、外側領域ではTEMモードが支配的となることを同定した。次に非線形乱流輸送シミュレーションを実施し、GKV-Jのシミュレーション結果が従来の流体輸送モデルでは定量性を著しく欠いていた領域に対しても、イオン/電子熱輸送レベルに関する実験結果をよく再現することを確認した。また、詳細な乱流データの解析により、イオン/電子熱輸送、粒子輸送といったそれぞれの輸送チャンネルに対して異なる乱流/ゾーナルフロー強度の依存性が存在することが明らかになった。

First-principle based gyrokinetic simulation is a promising approach for investigating turbulent transport in future burning plasmas such as ITER an DEMO. In this study, ITG-TEM driven turbulent transport simulations on the realistic JT-60U tokamak equilibrium are realized by using a local gyrokinetic turbulence code GKV-J. Linear micro-stability analyses on several radial locations revealed that ITG, ITG-TEM, and TEM modes are dominant for inner, middle, and outer core regions, respectively. The nonlinear turbulence simulation results successfully reproduce the experimental results on ion and electron heat diffusivity in the core region, where the conventional fluid-type reduced transport model shows some deviations. Also, different nonlinear dependences of the turbulence/zonal-flow energy on the ion/electron heat and particle transport levels are newly identified, i.e., weaker impact on the electron heat and particle transport compared to the ion heat one.