This paper reviews current understanding of key physics elements that control the H-mode pedestal structure, which exists at the boundary of magnetically confined plasmas. The structure of interest is the width, height and gradient of temperature, density and pressure profiles in the pedestal. Emphasis is placed on understanding obtained from combined experimental, theoretical and simulation work and on results observed on multiple machines. Pedestal profiles are determined by the self-consistent interaction of sources, transport and magnetohydrodynamic limits. The heat source is primarily from heat deposited in the core and flowing to the pedestal. This source is computed from modeling of experimental data and is generally well understood. Neutrals at the periphery of the plasma provide the dominant particle source in current machines. This source has a complex spatial structure, is very difficult to measure and is poorly understood. For typical H-mode operation, the achievable pedestal pressure is limited by repetitive, transient magnetohydrodynamic instabilities. First principles models of peeling–ballooning modes are generally able to explain the observed limits. In some regimes, instability occurs below the predicted limits and these remain unexplained. Several mechanisms have been identified as plausible sources of heat transport. These include neoclassical processes for ion heat transport and several turbulent processes, driven by the steep pedestal gradients, as sources of electron and ion heat transport. Reduced models have successfully predicted the pedestal or density at the pedestal top. Firming up understanding of heat and particle transport remains a primary challenge for developing more complete predictive pedestal models.
本論文は、磁気閉じ込めプラズマの境界に存在するHモードペデスタル構造を支配する主要な物理要素に関する現在の理解を概説する。対象とする構造は、ペデスタル領域における温度・密度・圧力分布の幅、高さ、および勾配である。実験、理論、シミュレーションを組み合わせた研究から得られた知見と、複数の装置における観測結果に重点を置く。ペデスタル分布は、粒子源・熱源、輸送、および磁気流体力学的不安定性限界の自己無撞着な相互作用によって決定される。熱源は主にコア領域で堆積し、ペデスタルへと流れ込む。この熱源は実験データに基づくモデリングから算出され、一般によく理解されている。一方、周辺部の中性粒子は、現在の装置における主要な粒子源を提供する。この粒子源は複雑な空間構造を有し、計測が非常に困難であり、その理解は不十分である。典型的なHモード運転において、達成可能なペデスタル圧力は、反復的な磁気流体力学的不安定性によって制限される。ピーリング・バルーニングモードの第一原理モデルは、観測される限界を概ね説明できる。しかし、いくつかの運転領域では、予測値よりも低い圧力で不安定性が発生し、これらの現象は未だ説明されていない。熱輸送の原因として、いくつかの機構が有力視されている。これには、イオン熱輸送における新古典過程や、急峻なペデスタル勾配によって駆動される乱流過程が含まれ、電子・イオン双方の熱輸送源として機能する。縮約モデルはペデスタル高さやペデスタル頂部密度の予測に成功している。熱・粒子輸送の理解をさらに確固たるものにすることは、より完全な予測型ペデスタルモデルの構築に向けた主要な課題である。