The important issue of whether zonal flows or streamers are preferentially formed in plasma turbulence with electron gyroradius scale is studied based on a gyrofluid model of electron temperature gradient (ETG) driven turbulence. Results from three approaches are presented. It is analytically derived first that the secondary generation of different large-scale structures is determined by the spectral anisotropy of turbulent fluctuation in two-dimensional Charney–Hasegawa–Mima turbulence. This is verified subsequently using three-dimensional simulations of sheared slab ETG turbulence, which show that the magnetic shear governs the pattern selection. It is found that a weak shear favours the enhancement of zonal flows so that the electron transport is strongly suppressed. In contrast, radially elongated streamers are formed nonlinearly in stronger-shear ETG turbulence. Finally, three-dimensional toroidal ETG simulations show that streamers are excited in the linearly stable region along the field (i.e. good curvature region) through a modulation instability after initial saturation of ETG modes. Although the electron transport at the quasi-steady state becomes higher than the initial saturation level, which is dominated by fluctuations with a peaked spectrum, the averaged value is still low at around the gyro-Bohm level. Furthermore, it is shown that the enhanced zonal flows in weak shear ETG turbulence may be limited by a Kelvin–Helmholtz instability. Also, it is found that the electromagnetic effects reduce the generation of zonal flows and reverse the so-called Okawa-scaling of electron transport on the β dependence.
電子ジャイロ半径スケールのプラズマ乱流において、帯状流とストリーマーのどちらが優先的に形成されるかという重要な問題を、電子温度勾配（ETG）駆動乱流のジャイロ流体モデルに基づいて研究する。三つのアプローチからの結果を示す。まず、二次元のチャーニー・長谷川–三間乱流における乱流揺らぎのスペクトル異方性によって、異なる大規模構造の二次生成が決定されることを解析的に導出する。次に、せん断スラブETG乱流の三次元シミュレーションを用いてこれを検証し、磁気シアがパターン選択を支配することを示す。弱いシアは帯状流の増強を促進し、その結果電子輸送が強く抑制されることが見出される。対照的に、より強いシアのETG乱流では、径方向に伸びたストリーマーが非線形的に形成される。最後に、三次元トロイダルETGシミュレーションは、ETGモードの初期飽和後の変調を通じて、磁場に沿った線形安定領域（すなわち良曲率領域）でストリーマーが励起されることを示す。準定常状態での電子輸送は、ピークを持つスペクトルの揺らぎに支配される初期飽和レベルよりも高くなるが、平均値は依然としてジャイロボームレベル程度で低い。さらに、弱シアETG乱流における増強された帯状流は、ケルビン–ヘルムホルツ不安定性によって制限される可能性があることが示される。また、電磁効果が帯状流の生成を減少させ、β依存性に関するいわゆるオカワスケーリングの電子輸送を逆転させることが見出される。