Global electrostatic ITG turbulence physics, together with background dynamics, has been simulated in a realistic tokamak core geometry using XGC1, a full-function 5D gyrokinetic particle code. An adiabatic electron model has been used. Some verification exercises of XGC1 have been presented. The simulation volume extends from the magnetic axis to the pedestal top inside the magnetic separatrix. Central heating is applied, and a number, momentum and energy conserving linearized Monte Carlo Coulomb collision is used. In the turbulent region, the ion temperature gradient profile self-organizes globally around R/LT = (Rd logT/dr = major radius on the magnetic axis/temperature gradient length) ≃6.5–7, which is somewhat above the conventional nonlinear criticality of ≃6. The self-organized ion temperature gradient profile is approximately stiff against variation of heat source magnitude. Results indicate that the relaxation to a self-organized state proceeds in two phases, namely, a transient phase of excessively bursty transport followed by a 1/f avalanching phase. The bursty types of behaviour are allowed by the quasi-periodic collapse of local E × B shearing barriers.
グローバルな静電ITG乱流物理は、背景ダイナミクスとともに、完全機能5Dジャイロ運動論的粒子コードであるXGC1を用いて、現実的なトカマクコア形状においてシミュレーションされた。断熱電子モデルが使用された。XGC1のいくつかの検証演習が提示された。シミュレーション体積は、磁気軸から磁気セパラトリックス内側のペデスタル頂上まで及ぶ。中心加熱が適用され、数、運動量、エネルギーを保存する線形化モンテカルロクーロン衝突が使用される。乱流領域では、イオン温度勾配プロファイルは、R/LT = (Rd logT/dr = 磁気軸上の主半径/温度勾配長) ≃6.5–7の周囲で大域的に自己組織化し、これは従来の非線形臨界値≃6よりやや上である。自己組織化されたイオン温度勾配プロファイルは、熱源の大きさの変化に対して近似的にスティフである。結果は、自己組織化状態への緩和が2つの段階、すなわち過度にバースト的な輸送の過渡段階と、それに続く1/f雪崩段階で進行することを示す。バースト型の挙動は、局所的E × Bせん断障壁の準周期的崩壊によって許容される。