Magnetic fluctuations affecting turbulence and transport, which are manifest at finite normalized plasma pressure β, pose a significant challenge to magnetic confinement fusion devices aiming to achieve high performance. Such regimes are not yet comprehensively understood in stellarator geometry. This work presents simulations of electromagnetic instabilities and high-β turbulence in the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator, showing how ion-temperature-gradient-driven (ITG) turbulence is enhanced by unconventional kinetic ballooning modes well below the ideal MHD threshold. These sub-threshold KBMs (stKBMs) become strongly excited in the turbulent state and enable higher fluxes via zonal-flow erosion. The threshold of stKBM impact on turbulent fluxes is heavily dependent on the pressure gradient, evidenced here by the enhanced destabilization and fluxes resulting from the inclusion of an electron temperature gradient. Understanding and controlling these stKBMs will be paramount for W7-X and potentially other stellarators to achieve optimal performance.
磁気閉じ込め核融合装置が高性能を目指す上で、有限の規格化プラズマ圧力βにおいて現れる乱流および輸送に影響を与える磁気揺動は、重大な課題を提起する。そのような領域は、ステラレーター形状においてまだ包括的に理解されていない。本研究では、ヴェンデルシュタイン7-X (W7-X) ステラレーターにおける電磁的不安定性と高β乱流のシミュレーションを示し、イオン温度勾配駆動(ITG)乱流が、理想MHD閾値をはるかに下回る非従来型の運動論的バルーニングモードによってどのように強化されるかを示す。これらの閾値下KBM(stKBM)は乱流状態で強く励起され、帯状流の侵食を介してより高いフラックスを可能にする。乱流フラックスに対するstKBMの影響の閾値は圧力勾配に強く依存し、ここでは電子温度勾配の導入による強化された不安定化とフラックスによって実証される。これらのstKBMを理解し制御することは、W7-Xおよびおそらく他のステラレーターが最適な性能を達成するために極めて重要となるだろう。