This study focuses on understanding how turbulence is suppressed in particularly heated JET plasma discharges showing enhanced confinement, namely , which uses a nearly 50–50 deuterium–tritium mixture, showing signs of enhanced plasma confinement. The discharge was heated primarily using ion-cyclotron-resonance heating, with a small contribution from neutral beam injection, to minimize external torque and toroidal rotation, resembling conditions expected in future fusion reactors. Global gyrokinetic simulations using the GENE code are performed to analyze the turbulent transport and its stabilization mechanisms associated with the improved confinement observed in the experiment. The results reveal that multiple mechanisms contribute to turbulence suppression acting at different radial domains: wave-particle resonance stabilization reduces the fluxes up by 80%, electromagnetic beta-stabilization accounts for a 20%–30% reduction, and toroidal Alfvén eigenmode (TAE) suppression decreases the fluxes up by 80%. This suppression is attributed to an enhancement of zonal flow activity driven by TAEs, whose nonlinear saturation is influenced by the effect of zonal currents. In the presence of an unstable TAE, we observe a shift in the dominant turbulence regime, transitioning from drift-wave turbulence to TAE-dominated turbulence. This transition modifies the cross-phase between the electrostatic potential and temperature fluctuations at TAE scales. However, these changes do not impact turbulence fluxes at ITG scales. These findings highlight the complex interplay between energetic particles, electromagnetic effects, and TAE modes in controlling plasma turbulence and improving confinement in future fusion reactors.
本研究は、向上した閉じ込めを示す特に加熱されたJETプラズマ放電、すなわち、ほぼ50–50の重水素–トリチウム混合物を使用し、プラズマ閉じ込めの向上の兆候を示す放電における乱流がどのように抑制されるかの理解に焦点を当てる。この放電は、将来の核融合炉で予想される条件に類似させるため、外部トルクとトロイダル回転を最小限に抑えるよう、主にイオンサイクロトロン共鳴加熱を用い、中性粒子ビーム入射からのわずかな寄与を加えて加熱された。実験で観測された改善された閉じ込めに関連する乱流輸送とその安定化機構を解析するため、GENEコードを用いた大域的ジャイロ運動論シミュレーションが実行された。結果は、異なる動径領域で作用する複数の機構が乱流抑制に寄与することを示す：波動–粒子共鳴安定化はフラックスを最大80%低減し、電磁的ベータ安定化は20%–30%の低減をもたらし、トロイダル・アルフヴェン固有モード（TAE）抑制はフラックスを最大80%減少させる。この抑制は、TAEによって駆動される帯状流活動の強化に起因し、TAEの非線形飽和は帯状電流の影響を受ける。不安定なTAEが存在する場合、支配的な乱流レジームがドリフト波乱流からTAE支配乱流へと遷移するのが観察される。この遷移は、TAEスケールにおける静電ポテンシャルと温度揺動の間のクロスフェーズを変化させる。しかしながら、これらの変化はITGスケールでの乱流フラックスには影響を及ぼさない。これらの発見は、将来の核融合炉におけるプラズマ乱流の制御と閉じ込めの向上における、高エネルギー粒子、電磁効果、TAEモード間の複雑な相互作用を浮き彫りにする。