This study presents analysis of gyrokinetic simulations on the National Spherical Torus Experiment (NSTX) to investigate the effects of electromagnetic fields on plasma turbulence and transport. The simulations, performed with varying levels of fidelity using the gyrokinetic CGYRO code, include electrostatic (ES), single-field electromagnetic (EM1), and two-field electromagnetic (EM2) models. A detailed comparison across the simulation database reveals that electromagnetic effects increase both predicted growth rates and quasilinear fluxes, with EM2 simulations producing stronger turbulence than ES and EM1 cases. Quasilinear modeling using QLGYRO demonstrates that while the perturbed parallel magnetic field ) does not drastically affect the total flux at experimental gradients, it leads to a shift in the dominant instability, altering mode structures from microtearing to kinetic ballooning modes (KBMs). The proximity of the plasma profiles to the KBM threshold is explored, with the experimental conditions being near the onset of KBM-driven transport. The KBM, with its large growth rates, is identified as a potential driver of electron temperature flattening, as it can rapidly transport heat across flux surfaces. Performing stability analysis shows core-localized unstable a low- mode that could contribute to the flattening at the early times of the discharge. TGYRO predictive modeling, incorporating both TGLF and QLGYRO, indicates that the inclusion of significantly improves the accuracy of temperature profile predictions in NSTX high-beta plasmas, although challenges remain in modeling the sharp flux discontinuities caused by KBM-driven instabilities.
本研究は、National Spherical Torus Experiment (NSTX) におけるジャイロ運動論的シミュレーションの解析を提示し、電磁場がプラズマ乱流と輸送に及ぼす影響を調査するものである。異なる忠実度レベルでジャイロ運動論的CGYROコードを用いて実行されたシミュレーションには、静電(ES)、単一磁場電磁(EM1)、および二磁場電磁(EM2)モデルが含まれる。シミュレーションデータベースにわたる詳細な比較により、電磁効果は予測成長率と準線形フラックスの両方を増加させ、EM2シミュレーションはESおよびEM1の場合よりも強い乱流を生成することが明らかになる。QLGYROを用いた準線形モデリングは、摂動平行磁場 ) が実験勾配における全フラックスに劇的な影響を与えない一方で、支配的不安定性の遷移を引き起こし、モード構造をマイクロティアリングから運動論的バルーニングモード(KBM)へと変化させることを示す。プラズマプロファイルのKBM閾値への近接性が調査され、実験条件はKBM駆動輸送の開始近くにあることが示される。大きな成長率を持つKBMは、フラックス面を横切って急速に熱を輸送し得るため、電子温度平坦化の潜在的な駆動源として特定される。安定性解析を実行すると、放電初期の平坦化に寄与し得るコア局在の不安定な低- モードが示される。TGLFとQLGYROの両方を組み込んだTGYRO予測モデリングは、 の包含がNSTX高ベータプラズマにおける温度プロファイル予測の精度を有意に向上させることを示すが、KBM駆動不安定性によって引き起こされる鋭いフラックス不連続性のモデリングには課題が残る。