A higher plasma β is desirable for realizing high performance fusion reactor, in fact, one of the three goals of JT-60SA project is to achieve a high-β regime. We investigate key physical processes that regulate the β dependence of turbulent transport in L-mode plasmas by means of both local and global gyrokinetic simulations. From local simulations, we found that the turbulent transport does not decrease as β increases, because the electromagnetic stabilizing effect is canceled out by the increase of the Shafranov shift. This influence of the Shafranov shift is suppressed when the magnetic shear is weak, and thus the electromagnetic stabilization is prominent in weak shear plasmas, suggesting an advantage of weak magnetic shear plasmas for achieving a high-β regime. In high β regime, local gyrokinetic simulations are suffered from the non-saturation of turbulence level. In global simulations, by contrast, the electromagnetic turbulence gets saturated by the entropy advection in the radial direction to avoid the zonal flow erosion due to magnetic fluctuations. This breakthrough enables us to explore turbulent transport at a higher β regime by gyrokinetic simulations.
高いプラズマβは高性能核融合炉の実現に望ましい。実際、JT-60SA計画の3つの目標の1つは、高β領域の達成である。我々は、局所的および大域的ジャイロ運動論的シミュレーションの両方を用いて、Lモードプラズマにおける乱流輸送のβ依存性を支配する主要な物理過程を調べる。局所シミュレーションから、電磁的安定化効果がシャフラノフシフトの増加によって打ち消されるため、βの増加に伴って乱流輸送が減少しないことが分かった。このシャフラノフシフトの影響は磁気シアが弱いときに抑制され、したがって弱シアプラズマでは電磁的安定化が顕著であり、高β領域の達成における弱磁気シアプラズマの利点を示唆している。高β領域では、局所ジャイロ運動論的シミュレーションは乱流レベルの非飽和に悩まされる。対照的に、大域シミュレーションでは、磁気揺らぎによるゾーナルフローの侵食を回避するために、径方向のエントロピー移流によって電磁的乱流が飽和する。このブレークスルーにより、ジャイロ運動論的シミュレーションによってより高いβ領域の乱流輸送を探求することが可能になる。