Full-f gyrokinetic simulations of LOC-SOC transition using GT5D on Fugaku

富岳におけるGT5Dを用いたLOC-SOC遷移のFull-fジャイロ運動論シミュレーション

井戸村 泰宏   

Idomura, Yasuhiro

本研究では、富岳におけるFull-fジャイロ運動論シミュレーションコードGT5Dを用いて線形および飽和オーミック閉じ込め(LOC-SOC)領域の間の乱流遷移を解析する。LOC-SOC遷移は密度増大に伴って自発回転分布が変化する特徴を有する。数値実験によりこの特徴を再現し、その物理機構を解明した。密度に依存する衝突度の変化により支配的な微視的不安定性が捕捉電子モード(TEM)からイオン温度勾配駆動モード(ITG)に遷移する。TEMとITGは磁力線方向波数について乱流スペクトルの非対称性が異なるため、LOC-SOC遷移における運動量輸送の変化をもたらす。

We analyze turbulence transition between linear and saturated Ohmic confinement (LOC-SOC) regimes using the global full-f gyrokinetic simulation code GT5D on the Fugaku supercomputer. The LOC-SOC transition is characterized by the change of intrinsic rotation profiles with a density ramp. This feature is reproduced by numerical experiments, and its mechanism is clarified. The change of collisionality, which depends on the density, induces a transition of dominant micro-instability from trapped electron modes (TEMs) to ion temperature gradient driven modes (ITGs). TEMs and ITGs have different asymmetries in turbulent spectra with respect to the wavenumber in the direction of the magnetic field, leading to the change of momentum transport in the LOC-SOC transition.