The application of three-dimensional (3D) resonant magnetic perturbations, for the purpose of controlling edge localized modes (ELMs) in high confinement (H-mode) tokamak fusion operations, routinely leads to a significant reduction of the plasma density during the discharge, a phenomenon termed 'density pump-out'. Understanding the density pump-out phenomenon due to 3D fields is a longstanding challenging issue. This work reports a self-consistent toroidal model that allows initial value simulation of the density pump-out effect. The model successfully reproduces pump-out phenomenology in DIII-D ELM suppression experiments. The radial particle flux, associated with the 3D neoclassical effects (the neoclassical toroidal viscosity, NTV), is found to play an important role in producing the observed large density pump-out. The key physics is associated with the drift kinetic Landau resonances between the toroidal precession of trapped thermal ions and electrons from one side, and the magnetic field perturbation from the other side. Such resonances, occurring near the top of the pedestal region, substantially enhances the radial particle flux associated with NTV. As a general consequence of the resonant NTV flux, larger density pump-out occurs in plasmas with lower collisionality and slower toroidal rotation.
三次元（3D）共鳴磁場摂動を、高閉じ込め（Hモード）トカマク核融合運転における周辺局在モード（ELM）の制御を目的として印加すると、放電中のプラズマ密度が著しく低下することが日常的に生じ、この現象は「密度ポンプアウト」と呼ばれる。3次元場による密度ポンプアウト現象を理解することは、長年にわたる困難な課題である。本論文では、密度ポンプアウト効果の初期値シミュレーションを可能にする自己無撞着なトロイダルモデルを報告する。本モデルは、DIII-DのELM抑制実験におけるポンプアウト現象を再現することに成功した。3次元新古典効果（新古典トロイダル粘性、NTV）に関連する動径粒子束が、観測される大きな密度ポンプアウトを生み出す上で重要な役割を果たすことが見出された。主要な物理は、捕捉熱イオンおよび電子のトロイダル歳差運動と、他方の磁場摂動との間のドリフト運動論的ランダウ共鳴に関連している。ペデスタル領域上部の近傍で生じるこのような共鳴は、NTVに関連する動径粒子束を大幅に増強する。共鳴NTV束の一般的な結果として、より低い衝突周波数とより遅いトロイダル回転を有するプラズマでは、より大きな密度ポンプアウトが発生する。