Cross-scale interactions between electron and ion scale turbulence in a tokamak plasma

トカマクプラズマにおける電子・イオンスケール乱流のスケール間相互作用

前山 伸也*; 井戸村 泰宏   ; 渡邉 智彦*; 仲田 資季*; 矢木 雅敏; 宮戸 直亮; 石澤 明宏*; 沼波 政倫*

Maeyama, Shinya*; Idomura, Yasuhiro; Watanabe, Tomohiko*; Nakata, Motoki*; Yagi, Masatoshi; Miyato, Naoaki; Ishizawa, Akihiro*; Nunami, Masanori*

実イオン・電子質量比かつ実値のマルチスケールジャイロ運動論的乱流シミュレーションをはじめて実現した。ここで、値はプラズマ圧力と磁気圧の比によって与えられ、微視的不安定性に対する電磁効果を特徴付ける。電子・イオンスケールのスケール間相互作用を明らかにするために両スケールにおける数値解析を行った。実質量比のスケール分離があっても、イオンスケール乱流が電子スケールストリーマを消去し、イオンだけでなく電子の熱輸送も支配する。また、イオンスケールモードが有限効果によって安定化される場合には乱流輸送への電子スケールダイナミクスの寄与は無視できなくなり、イオンスケール乱流輸送を増大させることがわかった。

Multiscale gyrokinetic turbulence simulations with the real ion-to-electron mass ratio and value are realized for the first time, where the value is given by the ratio of plasma pressure to magnetic pressure and characterizes electromagnetic effects on microinstabilities. Numerical analysis at both the electron scale and the ion scale is used to reveal the mechanism of their cross-scale interactions. Even with the real- mass scale separation, ion-scale turbulence eliminates electron-scale streamers and dominates heat transport, not only of ions but also of electrons. When the ion-scale modes are stabilized by finite- effects, the contribution of the electron-scale dynamics to the turbulent transport becomes non-negligible and turns out to enhance ion-scale turbulent transport.