Turbulent transport simulations have been used to develop criteria that indicate when multi-scale turbulent phenomena are important in tokamak plasmas. Twelve experimental plasma discharges from the Alcator C-Mod and ASDEX Upgrade tokamaks are compared to ion- and multi-scale simulations with the Trapped Gyro-Landau Fluid (TGLF) turbulence code. Multi-scale TGLF agrees with all available validation constraints (ion heat flux, electron heat flux, electron temperature fluctuations, and electron perturbative thermal diffusivity) within uncertainty for all cases analyzed. Ion-scale TGLF agrees in only some cases. Two criteria based on the ratios of normalized linear growth rates are able to distinguish cases in which ion-scale simulations are sufficient from cases for which multi-scale simulations are necessary. The form of these criteria reveal the key role of zonal flow mixing in moderating multi-scale effects.
乱流輸送シミュレーションを用いて、トカマクプラズマにおいてマルチスケール乱流現象が重要となる条件を判定する基準を構築した。Alcator C-ModおよびASDEX Upgradeトカマクからの12回の実験放電を、Trapped Gyro-Landau Fluid（TGLF）乱流コードによるイオンスケールおよびマルチスケールシミュレーションと比較した。マルチスケールTGLFは、解析した全ケースにおいて、利用可能なすべての検証制約（イオン熱流束、電子熱流束、電子温度変動、電子摂動熱拡散率）を不確実性の範囲内で再現した。イオンスケールTGLFは一部のケースでのみ一致を示した。規格化された線形成長率の比に基づく2つの基準により、イオンスケールシミュレーションで十分なケースとマルチスケールシミュレーションが必要なケースを判別できることが示された。これらの基準の形式は、帯状流混合がマルチスケール効果を緩和する上で重要な役割を果たすことを明らかにしている。