The work reported in this paper addresses two aspects. In the first part, numerical simulations are conducted to examine the impact of magnetic equilibrium shaping (elongation and triangularity), on both conventional Ion Temperature Gradient (ITG) modes and Short Wavelength ITG modes. This analysis is performed considering the experimental profiles and parameters of the ADITYA-U tokamak, employing the nonlinear global gyrokinetic Particle-in-Cell code ORB5. The linear and nonlinear collisionless electrostatic simulation of these modes are carried out with kinetic ions and adiabatic electrons. From the linear results, it has been observed that the magnetic equilibrium shaping slighty reduced the growth rates and widened the spectrum, and the maxima of growth rate curve is shifted to higher toroidal wave number. We find that the heat flux is reduced by a significant for the true circular magnetohydrodynamic magnetic equilibrium as compared to ad hoc concentric circular equilibrium reported in Singh et al (2023 Nucl. Fusion63 086029). A further reduction in the heat flux is seen with magnetic equilibrium shaping. In the second part, linear collisionless electrostatic simulation studies of ITG coupled with fully kinetic electrons (both trapped and passing electrons are treated kinetically) using a drift-kinetic ordering is performed. It can be seen from the linear results that, in presence of kinetic electrons, the growth rate and real frequency of the ITG mode are increased significantly for ADITYA-U parameters and a mode propagating in the electron diamagnetic direction is identified at high toroidal wavenumbers.
本論文で報告される研究は二つの側面に取り組む。第一の部分では、磁気平衡のシェイピング（伸長度および三角変形度）が、従来のイオン温度勾配（ITG）モードと短波長ITGモードの両方に与える影響を調べるために数値シミュレーションを実施する。この解析は、ADITYA-Uトカマクの実験的なプロファイルとパラメータを考慮し、非線形グローバルジャイロ運動論的Particle-in-CellコードORB5を用いて行われる。これらのモードの線形および非線形の無衝突静電シミュレーションは、運動論的イオンと断熱電子を用いて実施される。線形結果から、磁気平衡のシェイピングは成長率をわずかに減少させスペクトルを広げ、成長率曲線の最大値はより高いトロイダル波数側にシフトすることが観察された。熱流束は、Singh et al (2023 Nucl. Fusion63 086029) で報告されたアドホックな同心円平衡と比較して、真の円形磁気流体力学磁気平衡の場合に有意に減少することがわかる。磁気平衡のシェイピングにより、熱流束のさらなる減少が見られる。第二の部分では、ドリフト運動論的オーダリングを用いて、完全運動論的電子（捕捉電子と通過電子の両方を運動論的に扱う）と結合したITGモードの線形無衝突静電シミュレーション研究を実施する。線形結果から、運動論的電子の存在下では、ADITYA-Uパラメータに対してITGモードの成長率と実周波数が有意に増加し、高いトロイダル波数において電子反磁性方向に伝播するモードが特定されることがわかる。