Non-linear simulations of filament propagation in a realistic MAST SOL flux tube geometry using the BOUT++ fluid modelling framework show an isolation of the dynamics of the filament in the divertor region from the midplane region due to three features of the magnetic geometry; the variation of magnetic curvature along the field line, the expansion of the flux tube and strong magnetic shear. Of the three effects, the latter two lead to a midplane ballooning feature of the filament, whilst the former leads to a ballooning around the X-points. In simulations containing all three effects the filament is observed to balloon at the midplane, suggesting that the role of curvature variation is sub-dominant to the flux expansion and magnetic shear. The magnitudes of these effects are all strongest near the X-point which leads to the formation of parallel density gradients. The filaments simulated, which represent filaments in MAST, are identified as resistive ballooning, meaning that their motion is inertially limited, not sheath limited. Parallel density gradients can drive the filament towards a Boltzmann response when the collisionalityof the plasma is low. The results here show that the formation of parallel density gradients is a natural and inevitable consequence of a realistic magnetic geometry and therefore the transition to the Boltzmann response is a consequence of the use of realistic magnetic geometry and does not require initializing specifically varying background profiles as in slab simulations. The filaments studied here are stable to the linear resistive drift-wave instability but are subject to the non-linear effects associated with the Boltzmann response, particularly Boltzmann spinning. The Boltzmann response causes the filament to spin on an axis. In later stages of its evolution a non-linear turbulent state develops where the vorticity evolves into a turbulent eddy field on the same length scale as the parallel current. The transition from interchange motion to the Boltzmann response occurs with increasing temperature through a decrease in collisionality. This is confirmed by measuring the correlation between density and potential perturbations within the filament, which is low in the antisymmetric state associated with the interchange mechanism, but high in the Boltzmann regime. In the Boltzmann regime net radial transport is drastically reduced whilst a small net toroidal transport is observed. This suggests that only a subset of filaments, those driven by the interchange mechanism at the separatrix, can propagate into the far SOL. Filaments in the Boltzmann regime will be confined to the near separatrix region and quickly disperse. It is plausible that filaments in both regimes can contribute to the SOL transport observed in experiment; the former by propagating the filament into the far SOL and the latter by dispersion of the density within the filament.
BOUT++流体モデリングフレームワークを用いた現実的なMAST SOLフラックスチューブ形状におけるフィラメント伝播の非線形シミュレーションは、ダイバータ領域におけるフィラメントのダイナミクスが、磁場に沿った磁気曲率の変化、フラックスチューブの膨張、強い磁気シアという3つの磁気幾何学的特徴により、ミッドプレーン領域から分離されることを示している。3つの効果のうち、後者の2つはミッドプレーンにおけるバルーニング特性をもたらし、前者はXポイント周辺でのバルーニングをもたらす。3つの効果すべてを含むシミュレーションでは、フィラメントはミッドプレーンでバルーニングすることが観測され、曲率変化の役割はフラックスチューブの膨張と磁気シアに従属することを示唆している。これらの効果の大きさはすべてXポイント近傍で最も強く、平行方向の密度勾配の形成につながる。シミュレーションされたフィラメントはMASTのフィラメントを代表するものであり、抵抗性バルーニングとして同定され、その運動は慣性制限されており、シア制限ではないことを意味する。平行方向の密度勾配は、プラズマの衝突性が低い場合、フィラメントをボルツマン応答へと駆動し得る。ここでの結果は、平行方向の密度勾配の形成が現実的な磁気幾何学の自然かつ不可避の結果であり、したがってボルツマン応答への遷移は現実的な磁気幾何学の使用の結果であり、スラブシミュレーションのような特定の背景プロファイルの初期化を必要としないことを示している。ここで研究されたフィラメントは線形抵抗性ドリフト波不安定性に対して安定であるが、ボルツマン応答、特にボルツマンスピンに関連する非線形効果の影響を受ける。ボルツマン応答はフィラメントを軸の周りにスピンさせる。その進化の後期段階では、非線形乱流状態が発達し、渦度は平行電流と同じ長さスケールの乱流渦場へと発展する。交換型運動からボルツマン応答への遷移は、衝突性の減少を通じて温度の上昇とともに発生する。これは、フィラメント内の密度摂動と電位摂動の間の相関を測定することによって確認され、交換機構に関連する反対称状態では低いが、ボルツマン領域では高い。ボルツマン領域では、正味の径方向輸送は大幅に減少する一方、小さな正味のトロイダル方向輸送が観測される。これは、セパラトリックスにおける交換機構によって駆動されるフィラメントのサブセットのみが遠方SOLへ伝播できることを示唆している。ボルツマン領域のフィラメントはセパラトリックス近傍領域に閉じ込められ、急速に分散する。両方の領域のフィラメントが実験で観測されるSOL輸送に寄与し得ることはもっともらしい。前者はフィラメントを遠方SOLへ伝播させ、後者はフィラメント内の密度の分散によって寄与する。