Impact of plasma parameter on self-organization of electron temperature gradient driven turbulence

電子温度勾配駆動乱流の自己組織化に対するプラズマパラメータの影響

河合 智賀*; 井戸村 泰宏   ; 前山 伸也*; 小川 雄一*

Kawai, Chika*; Idomura, Yasuhiro; Maeyama, Shinya*; Ogawa, Yuichi*

ジャイロ運動シミュレーションとHasegawa-Mima (HM)方程式に基づいてスラブ電子温度勾配駆動(ETG)乱流の自己組織化を調べた。自己組織化乱流構造のスケールと異方性は、Rhinesスケールと、HM方程式の断熱応答項によって与えられる特徴的なスケールによって変化する。前者は線形波分散と非線形乱流カスケードの競合によって決定され、後者は乱流カスケードが妨げられるスケールとして与えられる。これらのスケールは、密度勾配、温度勾配、イオンと電子の温度比などのプラズマパラメータによって制御される。プラズマパラメータに依存して、ETG乱流は大きく異なる輸送レベルを与える等方的乱流、もしくは、帯状流のいずれかを示すことがわかった。プラズマパラメータにかかわらず変調不安定性が帯状流を励起するが、最終的な乱流構造は自己組織化過程によって決定される。

Self-organization in the slab electron temperature gradient driven (ETG) turbulence is investigated based on gyrokinetic simulations and the Hasegawa-Mima (HM) equation. The scale and the anisotropy of self-organized turbulent structures vary depending on the Rhines scale and the characteristic scale given by the adiabatic response term in the HM equation. The former is determined by competition between the linear wave dispersion and the nonlinear turbulent cascade, while the latter is given as the scale, at which the turbulent cascade is impeded. These scales are controlled by plasma parameters such as the density and temperature gradient, and the temperature ratio of ion to electron. It is found that depending on the plasma parameters, the ETG turbulence shows either isotropic turbulence or zonal flows, which give significantly different transport levels. Although the modulational instability excites zonal modes regardless of the plasma parameters, the final turbulent structure is determined by the self-organization process.