Flux tube simulations of plasma turbulence in stellarators and tokamaks typically employ coordinates which are aligned with the magnetic field lines. Anisotropic turbulent fluctuations can be represented in such field-aligned coordinates very efficiently, but the resulting non-trivial boundary conditions involve all three spatial directions, and must be handled with care. The standard 'twist-and-shift' formulation of the boundary conditions (Beer et al 1995 Phys. Plasmas2 2687) was derived assuming axisymmetry and is widely used because it is efficient, as long as the global magnetic shear is not too small. A generalization of this formulation is presented, appropriate for studies of non-axisymmetric, stellarator symmetric configurations, as well as for axisymmetric configurations with small global shear. The key idea is to replace the 'twist' of the standard approach (which accounts only for global shear) with the integrated local shear. This generalization allows one significantly more freedom when choosing the extent of the simulation domain in each direction, without losing the natural efficiency of field line-following coordinates. It also corrects some errors associated with naive application of axisymmetric boundary conditions to non-axisymmetric configurations. Simulations of stellarator turbulence that employ the generalized boundary conditions generally require much less resolution than simulations that use the conventional, axisymmetric boundary conditions. We also demonstrate the surprising result that (at least in some cases) an easily implemented but manifestly incorrect formulation of the boundary conditions does not change important predicted quantities, such as the turbulent heat flux.
恒星およびトカマクにおけるプラズマ乱流のフラックスチューブシミュレーションは、典型的には磁力線に沿って整列した座標系を用いる。異方性乱流変動は、そのような磁力線追従座標系において非常に効率的に表現できるが、結果として生じる非自明な境界条件は3次元すべての空間方向に関係し、慎重に扱わなければならない。標準的な「ツイスト・アンド・シフト」境界条件の定式化（Beer et al 1995 Phys. Plasmas 2 2687）は、軸対称性を仮定して導出され、大域的磁気シアが小さすぎない限り広く使用されており効率的である。本論文では、この定式化の一般化を提示する。これは、非軸対称な恒星配位の研究に適しており、また小さな大域的磁気シアを持つ軸対称配位にも適用可能である。鍵となるアイデアは、標準的なアプローチにおける「ツイスト」（大域的シアのみを考慮する）を、積分された局所的シアで置き換えることである。この一般化により、各方向のシミュレーション領域の広がりを選択する際に大幅な自由度が得られ、磁力線追従座標系の自然な効率性を損なうことなく選択できる。また、軸対称境界条件を非軸対称配位に単純に適用した場合に生じるいくつかの誤りも修正される。一般化された境界条件を用いた恒星乱流シミュレーションは、従来の軸対称境界条件を用いたシミュレーションと比較して、一般に必要な分解能がはるかに低い。さらに、簡単に実装できるが明らかに不正確な境界条件の定式化が、少なくともいくつかの場合において、乱流熱流束などの重要な予測量を変えないという驚くべき結果も示す。