The present work addresses the issue of identifying the major non-linear physics processes which may regulate drift and drift-Alfvén turbulence using a weak turbulence approach. Within this framework, on the basis of the non-linear gyrokinetic equation for both electrons and ions, an analytic theory is presented for non-linear zonal dynamics described in terms of two axisymmetric potentials, δϕz and δA|| z, which spatially depend only on a (magnetic) flux co-ordinate. Spontaneous excitation of zonal flows by electrostatic drift microinstabilities is demonstrated both analytically and by direct 3-D gyrokinetic simulations. Direct comparisons indicate good agreement between analytic expressions of the zonal flow growth rate and numerical simulation results for ion temperature gradientdriven modes. Analogously, it is shown that zonal flows may bespontaneously excited by drift-Alfvén turbulence, in the form of modulational instability of the radial envelope of the mode as well, whereas in general, excitations of zonal currents are possible but have little feedback on the turbulence itself.
本論文は、弱乱流アプローチを用いて、ドリフト乱流およびドリフト・アルフヴェン乱流を制御し得る主要な非線形物理過程を特定する問題を取り扱う。この枠組みにおいて、電子とイオンの両方に対する非線形ジャイロ運動論方程式に基づき、磁気面フラックス座標のみに空間的に依存する二つの軸対称ポテンシャル、δφzおよびδA||zによって記述される非線形帯状流動力学に関する解析理論が提示される。静電ドリフト微不安定性による帯状流の自発的励起が、解析的および直接3次元ジャイロ運動論シミュレーションの両方によって実証される。直接比較により、帯状流成長率の解析的表現とイオン温度勾配駆動モードに対する数値シミュレーション結果との間に良好な一致が示される。同様に、ドリフト・アルフヴェン乱流によって帯状流が、モードの動径方向包絡線の変調不安定性の形で自発的に励起され得ることが示される。一方、一般に、帯状電流の励起は可能であるが、乱流自体に対するフィードバック効果は小さい。