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Gyrokinetic analysis of radial dependence and global effects on the zero particle flux condition in a TCV plasma

A Mariani, S Brunner, G Merlo, O Sauter2019年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

In small-sized tokamaks, finite Larmor radius effects could lead to a significant discrepancy between gyrokinetic local flux-tube results and global ones. This has been highlighted by previous turbulent transport studies as in McMillan et al (2010 Phys. Rev. Lett.). The impact of such effects on the zero particle flux condition is investigated here. The zero particle flux condition is useful to estimate the density peaking, reducing the uncertainty on physical input parameters derived from experimental measurements, for cases where the particle source is negligible. This constraint has been applied to the analysis of a particular TCV discharge, where a detailed reconstruction of the zero particle flux hyper-surface in the multidimensional physical parameter space at fixed radius had been presented in Mariani et al (2018 Phys. Plasmas). Here, we extend these results, investigating their radial dependence, together with the impact of global effects. These so-called ρ* effects are analyzed by simulating a plasma annulus corresponding to the stiff region . Because of the computational cost of the nonlinear global gyrokinetic simulations, we restrict to a two species plasma in the collisionless regime, with heavy electrons and simplified density and temperature radial profiles. With these simplifications, the results seem to point towards global effects on the zero particle flux condition being relatively weak.

日本語訳

小規模トカマクにおいて、有限ラーモア半径効果は、ジャイロ運動論的局所フラックスチューブ結果と全体結果との間に有意な不一致をもたらす可能性がある。このことは、McMillanら(2010年 Phys. Rev. Lett.)によるこれまでの乱流輸送研究で強調されてきた。ここでは、そのような効果がゼロ粒子フラックス条件に及ぼす影響を調査する。ゼロ粒子フラックス条件は、粒子源が無視できる場合において、実験測定から得られる物理入力パラメータの不確実性を低減し、密度ピーキングを推定するのに有用である。この条件は、Marianiら(2018年 Phys. Plasmas)によって提示された特定のTCV放電の解析に適用され、固定半径における多次元物理パラメータ空間でのゼロ粒子フラックス超曲面の詳細な再構成が行われた。ここでは、これらの結果を拡張し、それらの動径依存性を、全体効果の影響とともに調査する。これらのいわゆるρ*効果は、剛性領域に対応するプラズマ環をシミュレーションすることによって解析される。非線形ジャイロ運動論的全体シミュレーションの計算コストのため、重い電子と簡略化された密度・温度動径プロファイルを備えた2種プラズマに限定する。これらの簡略化により、結果は、ゼロ粒子フラックス条件に対する全体効果が比較的弱いことを示しているようである。

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GyrokineticTCV
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