In the conventional tokamak with a high aspect ratio (A), turbulent transport is known to be dominated by the ion-scale electrostatic drift-type modes, such as the ion temperature gradient (ITG) or trapped electron mode (TEM). When tokamak type changes from the conventional to the spherical one by decreasing A, these modes are often observed to be stabilized, making turbulent transport then dominated by the electron-scale mode or the electromagnetic ones, such as the kinetic ballooning mode (KBM) or micro-tearing mode. Here, a modeling study is presented on how the ion-scale electrostatic drift-type modes are linearly stabilized when A decreases through major or minor radius in the s–α equilibrium model. Especially, following two mechanisms are newly identified to play an important role in the linear stabilization. One is the enhancement of the threshold temperature gradients for the ITG and TEM. This enhancement occurs clearly when A decreases through the major radius, but is also effectively possible when A is reduced though the minor radius. The other is the increment of the ballooning force parameter α which roughly varies in proportion to 1/A2 when we assume a fixed safety-factor profile. This increment enhances the linear electromagnetic and Shafranov-shift effects, which provide additional stabilization for the ITG and TEM, respectively. With the increment of α, the standard KBM can be excited at a smaller pressure gradient, but it is expected to have the 2nd stability regime access if plasma shape is strong, as typically taken in the low A spherical tokamaks. As shown in the recent simulation work by Kennedy et al (2023 Nucl. Fusion63 126061), however, the hybrid-KBM may be excited in the low A, high beta plasmas, and a brief discussion is given about its possible origin in terms of the present modeling results.
従来の高アスペクト比（A）トカマクでは、乱流輸送は、イオン温度勾配（ITG）や捕捉電子モード（TEM）などのイオンスケールの静電ドリフト型モードによって支配されることが知られている。Aを減少させてトカマクタイプが従来型から球状型に変化すると、これらのモードはしばしば安定化され、乱流輸送はその後、電子スケールのモードや、運動論的バルーニングモード（KBM）やマイクロティアリングモードなどの電磁的モードによって支配されるようになる。ここでは、s–α平衡モデルにおいて、Aが主半径または副半径を介して減少するときに、イオンスケールの静電ドリフト型モードがどのように線形安定化されるかについてのモデリング研究が提示される。特に、以下の2つのメカニズムが線形安定化において重要な役割を果たすことが新たに特定された。1つは、ITGおよびTEMの臨界温度勾配の増大である。この増大は、Aが主半径を介して減少する場合に明確に発生するが、副半径を介してAが減少する場合にも効果的に起こり得る。もう1つは、固定された安全係数プロファイルを仮定した場合におおよそ1/A2に比例して変化するバルーニング力パラメータαの増加である。この増加は、線形電磁効果およびシャフラノフシフト効果を強化し、これらはそれぞれITGおよびTEMに対して追加の安定化をもたらす。αの増加に伴い、標準的なKBMはより小さい圧力勾配で励起され得るが、低A球状トカマクで典型的に採用されるような強いプラズマ形状の場合には、第2安定領域へのアクセスを持つことが期待される。しかし、Kennedyら（2023 Nucl. Fusion63 126061）による最近のシミュレーション研究で示されたように、低A・高ベータプラズマにおいてハイブリッドKBMが励起される可能性があり、その考えられる起源について、本研究のモデリング結果に基づいて簡単な議論が行われる。