Isotope and plasma size scaling in ion temperature gradient driven turbulence
イオン温度勾配駆動乱流の水素同位体およびプラズマサイズに対する依存性
井戸村 泰宏
Idomura, Yasuhiro
本研究ではイオン温度勾配駆動乱流が支配的な水素(H)および重水素(D)プラズマの閉じ込めに対する水素同位体質量と規格化プラズマサイズの影響を示した。ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dを用いてイオンおよび電子加熱条件のHおよびDプラズマの数値実験を実施した。イオン加熱数値実験は水素同位体質量にほとんど依存せず、エネルギー閉じ込めは主にイオンジャイロ半径で規格化したプラズマサイズによって決まる。これは非局所的輸送の影響を示す。一方、電子加熱数値実験は明確な水素同位体質量依存性を示した。プラズマサイズ効果に加えて、電子からイオンへの衝突性エネルギー移行の水素同位体質量依存性がイオン熱流束と乱流強度を変化させ、Hプラズマの閉じ込めを劣化させる。これらの結果は実験における水素同位体依存性に定性的に一致する。
This work presents the impacts of the hydrogen isotope mass and the normalized plasma size on confinement of hydrogen (H) and deuterium (D) plasmas dominated by ion temperature gradient driven turbulence. Numerical experiments of H and D plasmas with ion and electron heating conditions were conducted using the Gyrokinetic Toroidal 5D full- f Eulerian code GT5D. The energy confinement time in the ion heated numerical experiments was almost independent of isotope mass, and the energy confinement was determined mainly by the normalized plasma size or the plasma size divided by the ion gyro radius, indicating an impact of non-local transport. On the other hand, the electron heated numerical experiments showed a clear isotope mass dependency. In addition to the plasma size effect, the isotope mass dependency of the collisional energy transfer from electrons to ions changes the ion heat flux and the turbulence intensity, leading to the degradation of confinement in H plasmas. These results qualitatively agree with the hydrogen isotope scaling in experiments.