In this paper, we present linear and nonlinear gyrokinetic analyses in the pedestal region of two DIII-D ELMy H-mode discharges using the CGYRO code. The otherwise matched discharges employ different divertor configurations to investigate the impact of varying recycling and particle source on pedestal profiles. Linear gyrokinetic simulations find electrostatic ion-scale instabilities (ion temperature gradient and trapped electron modes, ITG–TEM) are present just inside the top of the pedestal with growth rates that are enhanced significantly by parallel velocity shear. In the sharp gradient region, E × B shearing rates are comparable or larger than ion scale growth rates, suggesting the suppression of ITG–TEM modes in this region. Instead, the electron temperature profiles are found to be correlated with and just above the electron temperature gradient (ETG) instability thresholds. Using gradients varied within experimental uncertainties, nonlinear electron-scale gyrokinetic simulations predict electron heat fluxes from ETG turbulence, that when added to neoclassical (NC) ion thermal transport simulated by NEO, account for 30%–60% of the total experimental heat flux. In addition, the NC electron particle flux is found to contribute significantly to the experimental fluxes inferred from SOLPS-ITER analysis. Additional nonlinear gyrokinetic simulations are run varying input gradients to develop a threshold-based reduced model for ETG transport, finding a relatively simple dependence on ηe = Lne/LTe. Predictive transport simulations are used to validate this pedestal-specific ETG model, in conjunction with a model for NC particle transport. In both discharges, the predicted electron temperatures are always overpredicted, indicative of the insufficient stiffness in the ETG pedestal model to account for all of the experimental electron thermal transport. In the case of the closed divertor discharge with lower particle source, the predicted electron density is close to the experiment, consistent with the magnitude of NC particle transport in that discharge. However, the density profiles are overpredicted in the open divertor discharge (larger particle source), due to insufficient model transport. The implications for other mechanisms accounting for the remainder of transport in the sharp gradient region in the two discharges are discussed.
本論文では、CGYROコードを用いた、2つのDIII-D ELMy Hモード放電のペデスタル領域における線形および非線形ジャイロ運動論解析を提示する。それ以外は整合した放電において、異なるダイバータ配位を採用し、リサイクリングと粒子源の変化がペデスタルプロファイルに与える影響を調査する。線形ジャイロ運動論シミュレーションにより、静電的なイオンスケール不安定性（イオン温度勾配および捕捉電子モード、ITG–TEM）がペデスタル頂部のすぐ内側に存在し、その成長率は平行速度シアによって有意に増強されることが見出された。急峻な勾配領域では、E×Bシアレートはイオンスケールの成長率と同等かそれ以上であり、この領域におけるITG–TEMモードの抑制を示唆している。その代わりに、電子温度プロファイルは電子温度勾配（ETG）不安定性閾値と相関し、かつそのすぐ上にあることが見出された。実験的不確実性の範囲内で勾配を変化させた非線形電子スケールジャイロ運動論シミュレーションは、ETG乱流からの電子熱流束を予測し、これをNEOによってシミュレーションされた新古典（NC）イオン熱輸送に加えると、実験的全熱流束の30%–60%を説明する。さらに、NC電子粒子束は、SOLPS-ITER解析から推定された実験フラックスに有意に寄与することが見出された。入力勾配を変化させた追加の非線形ジャイロ運動論シミュレーションを実行し、ETG輸送の閾値ベースの低次元モデルを構築したところ、ηe = Lne/LTeに対する比較的単純な依存性が見出された。予測輸送シミュレーションを用いて、NC粒子輸送モデルと併せて、このペデスタル特異的ETGモデルを検証する。両放電において、予測された電子温度は常に過大評価され、実験的な電子熱輸送のすべてを説明するにはETGペデスタルモデルの剛性が不十分であることを示している。粒子源がより小さい閉ダイバータ放電の場合、予測された電子密度は実験に近く、その放電におけるNC粒子輸送の大きさと整合する。しかし、開ダイバータ放電（粒子源がより大きい）では、モデル輸送の不足により、密度プロファイルは過大評価される。2つの放電における急峻な勾配領域の残りの輸送を説明する他のメカニズムへの示唆について議論する。