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Validating a quasi-linear transport model versus nonlinear simulations

A. Casati, C. Bourdelle, X. Garbet, F. Imbeaux, J. Candy, F. Clairet, G. Dif-Pradalier, G. Falchetto, T. Gerbaud, V. Grandgirard2009年被引用 73Nuclear FusionIF 3出版社

In order to gain reliable predictions on turbulent fluxes in tokamak plasmas, physics based transport models are required. Nonlinear gyrokinetic electromagnetic simulations for all species are still too costly in terms of computing time. On the other hand, interestingly, the quasi-linear approximation seems to retain the relevant physics for fairly reproducing both experimental results and nonlinear gyrokinetic simulations. Quasi-linear fluxes are made of two parts: (1) the quasi-linear response of the transported quantities and (2) the saturated fluctuating electrostatic potential. The first one is shown to follow well nonlinear numerical predictions; the second one is based on both nonlinear simulations and turbulence measurements. The resulting quasi-linear fluxes computed by QuaLiKiz (Bourdelle et al 2007 Phys. Plasmas14 112501) are shown to agree with the nonlinear predictions when varying various dimensionless parameters, such as the temperature gradients, the ion to electron temperature ratio, the dimensionless collisionality, the effective charge and ranging from ion temperature gradient to trapped electron modes turbulence.

日本語訳

トカマクプラズマにおける乱流フラックスの信頼性の高い予測を得るためには、物理に基づいた輸送モデルが必要とされる。全種に対しての非線形ジャイロ運動論的電磁シミュレーションは、計算時間の観点から依然として高コストである。一方、興味深いことに、準線形近似は実験結果と非線形ジャイロ運動論シミュレーションの両方をかなりよく再現するための関連する物理を保持しているように思われる。準線形フラックスは2つの部分から構成される:(1) 輸送される量の準線形応答、および (2) 飽和した変動静電ポテンシャル。前者は非線形数値予測によく追従することが示されている。後者は非線形シミュレーションと乱流測定の両方に基づいている。QuaLiKiz (Bourdelle et al 2007 Phys. Plasmas14 112501) によって計算された結果得られる準線形フラックスは、温度勾配、イオンと電子の温度比、無次元衝突度、実効電荷など様々な無次元パラメータを変化させた場合に、イオン温度勾配から捕捉電子モード乱流に及ぶ範囲で、非線形予測と一致することが示されている。

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