This paper presents a first detailed gyrokinetic analysis with the goal of understanding the dominant turbulent transport mechanisms and identifying the micro-instabilities present in small-aspect-ratio plasmas in the PI3 device, developed as magnetized target fusion targets. These plasmas are characterized by low temperatures and high collisionality compared to standard tokamaks. Linear and ion-scale nonlinear gyrokinetic flux tube simulations are performed at radial positions , 0.65, 0.70, and 0.75 using the gyrokinetic code CGYRO (Candy et al 2016 J. Comput. Phys.324 73). Linear stability analysis finds that ion temperature gradient (ITG) modes dominate at ion scales, while electron-temperature gradient modes dominate at electron scales. Trapped electron modes (TEMs) remain stable due to high collisionality. At very low , microtearing modes (MTMs) are linearly unstable at all radial locations. In the nonlinear regime, turbulence is driven primarily by ITG modes, which dominate both ion and electron energy fluxes. Interestingly, although MTMs are linearly unstable, they are suppressed in the nonlinear phase, except for a small, negative magnetic flutter contribution at the outer radius () that slightly reduces the total electron energy flux. The sensitivity of these instabilities to key plasma parameters is investigated. High collisionality significantly reduces nonlinear turbulent fluxes, and lowering collisionality results in a stronger flux increase than an equivalent increase in plasma beta does. Increasing the ratio in the linear analysis stabilizes ITG modes, while simultaneously destabilizing long-wavelength MTMs. Finally, turbulent energy fluxes are compared to neoclassical transport values simulated using NEO (Belli et al 2008 Plasma Phys. Control. Fusion50 095010), showing transport is anomalous at all radii.
本論文は、磁化標的核融合の標的として開発されたPI3装置における低アスペクト比プラズマに存在する支配的な乱流輸送機構を理解し、微視的不安定性を特定することを目的とした、初の詳細なジャイロ運動論的解析を提示する。これらのプラズマは、標準的なトカマクと比較して、低温と高衝突性を特徴とする。線形およびイオンスケールの非線形ジャイロ運動論的フラックスチューブシミュレーションは、ジャイロ運動論コードCGYRO（Candy et al 2016 J. Comput. Phys.324 73）を用いて、半径位置 , 0.65, 0.70, 0.75 で行われる。線形安定性解析により、イオン温度勾配（ITG）モードがイオンスケールで支配的であり、電子温度勾配モードが電子スケールで支配的であることが分かる。捕捉電子モード（TEM）は、高衝突性のために安定なままである。非常に低い では、マイクロティアリングモード（MTM）がすべての半径位置で線形不安定である。非線形領域では、乱流は主にITGモードによって駆動され、イオンと電子の両方のエネルギー束を支配する。興味深いことに、MTMは線形不安定であるが、非線形フェーズでは抑制される。ただし、外側半径（）における小さな負の磁気フラッター寄与を除き、これは全電子エネルギー束をわずかに減少させる。これらの不安定性の主要なプラズマパラメータに対する感度が調べられる。高衝突性は非線形乱流束を有意に低減し、衝突性を低下させると、プラズマベータを同等に増加させた場合よりも強い束の増加をもたらす。線形解析における 比を増加させると、ITGモードを安定化させる一方で、長波長のMTMを不安定化させる。最後に、乱流エネルギー束は、NEO（Belli et al 2008 Plasma Phys. Control. Fusion50 095010）を用いてシミュレーションされた新古典輸送値と比較され、すべての半径で輸送が異常であることを示す。