In this paper, we show that the often observed 'density pump-out' with electron cyclotron heating (ECH) (Angioni et al 2004 Nucl. Fusion44 827, 2009 Plasma Phys. Control. Fusion51 124017), at low density and/or collisionality is the result of an increase in turbulence drive at the plasma edge (Angioni et al 2004 Nucl. Fusion44 827, 2005 Phys. Plasmas12 040701, Mordijck et al 2015 Nucl. Fusion43 113025). Prior results were limited to comparison of steady-state conditions, before and after the ECH was applied, and thus failed to capture the dynamics of the density pump-out. In this paper, we find, similar to prior results, that when the plasma reaches a new equilibrium after ECH is applied, gyro-kinetic simulations indicate that the plasma has transitioned from the ion temperature gradient (ITG) to a trapped electron mode (TEM) regime around mid-radius. However, this transition from ITG to TEM only occures in the core after 100 ms. The pump-out on the other hand, starts immediately and is strongest around . Linear gyrokinetic simulations with TGLF show that there is an increase in turbulence drive simultaneously with the density pump-out and the doppler backscattering (DBS) measures an instant increase in density fluctuations at the same radial location. On the other hand, around mid-radius the DBS measures no increase in density fluctuations. All these calculations along with experimental measurements show that the density pump-out is not the result of a change in turbulence type (i.e. not caused by a change from ITG to TEM), but the result of a change in turbulence drive (an increase in linear growth rates), which is later followed by the ITG to TEM transition. This highlights the need for studying not just the equilibrium conditions after a transition, but also the time-dependent changes.
本論文では、電子サイクロトロン加熱（ECH）による密度ポンプアウト（Angioni et al 2004 Nucl. Fusion44 827, 2009 Plasma Phys. Control. Fusion51 124017）が、低密度および／または低衝突度において、プラズマ端部での乱流駆動の増大の結果であることを示す。従来の結果は、ECH適用前後の定常状態の比較に限定されており、密度ポンプアウトの動的過程を捉えるには至っていなかった。本論文では、従来の結果と同様に、ECH適用後にプラズマが新たな平衡状態に達したとき、ジャイロ運動論的シミュレーションにより、プラズマがイオン温度勾配（ITG）から捕捉電子モード（TEM）領域へと遷移したことが示される。しかしながら、このITGからTEMへの遷移は、100 ms後にコア領域でのみ発生する。一方、ポンプアウトは直ちに開始され、最も強く現れるのは周辺部である。線形ジャイロ運動論的シミュレーション（TGLF）により、密度ポンプアウトと同時に乱流駆動の増大が生じることが示され、ドップラーバックスキャッタリング（DBS）測定により、同じ径方向位置で密度揺動の即時的な増加が観測される。一方、中半径領域ではDBSによる密度揺動の増加は観測されない。これらの計算と実験測定のすべては、密度ポンプアウトが乱流タイプの変化（すなわちITGからTEMへの変化）の結果ではなく、乱流駆動の変化（線形成長率の増大）の結果であり、その後ITGからTEMへの遷移が続くことを示している。これは、平衡状態後の条件だけでなく、時間依存の変化も研究する必要性を強調するものである。