In tokamaks, the role of turbulent transport of heavy impurities, relative to that of neoclassical transport, increases with increasing size of the plasma, as clarified by means of general scalings, which use the ITER standard scenario parameters as reference, and by actual results from a selection of discharges from ASDEX Upgrade and JET. This motivates the theoretical investigation of the properties of the turbulent convection of heavy impurities by nonlinear gyrokinetic simulations in the experimentally relevant conditions of comparable ion and electron heat fluxes. These conditions also correspond to an intermediate regime between dominant ion temperature gradient turbulence and trapped electron mode turbulence. At moderate plasma toroidal rotation, the turbulent convection of heavy impurities, computed with nonlinear gyrokinetic simulations, is found to be directed outward, in contrast to that obtained by quasi-linear calculations based on the most unstable linear mode, which is directed inward. In this mixed turbulence regime, with comparable electron and ion heat fluxes, the nonlinear results of the impurity transport can be explained by the coexistence of both ion temperature gradient and trapped electron modes in the turbulent state, both contributing to the turbulent convection and diffusion of the impurity. The impact of toroidal rotation on the turbulent convection is also clarified.
トカマクにおいて、重不純物の乱流輸送の役割は、新古典輸送と比較して、プラズマのサイズが増大するにつれて増大することが、ITER標準シナリオのパラメータを基準とした一般的なスケーリング則と、ASDEX UpgradeおよびJETからの選択された放電の実際の結果によって明らかにされている。これは、同等のイオン熱流束と電子熱流束を有する実験的に関連する条件下での、非線形ジャイロ運動論的シミュレーションによる重不純物の乱流対流の特性の理論的調査を動機づけるものである。これらの条件はまた、イオン温度勾配駆動乱流が支配的な領域と捕捉電子モード乱流が支配的な領域との中間の状態に対応する。中程度のプラズマ回転速度において、非線形ジャイロ運動論的シミュレーションで計算された重不純物の乱流対流は、最も不安定な線形モードに基づく準線形計算によって得られた結果とは対照的に、外向きの方向を向いていることが見出された。この混合乱流状態において、同等の電子熱流束とイオン熱流束を有する条件下での不純物輸送の非線形結果は、乱流状態におけるイオン温度勾配モードと捕捉電子モードの両方の共存によって説明することができ、両者が不純物の乱流対流および拡散に寄与している。トロイダル回転が乱流対流に及ぼす影響もまた明らかにされている。