I-mode is an attractive candidate among the confinement regimes proposed for burning operation with good energy confinement similar to H-mode but poor particle confinement similar to L-mode, resulting in no obvious impurity accumulation and free of large edge localized modes. Although I-mode has been recently achieved experimentally on several tokamaks, theory and simulation remain insufficient to explain the mechanisms behind the I-mode formation and its peculiar transport behaviour. In this work, an electrostatic gyrokinetic simulation using gyrokinetic toroidal code (GTC) is carried out for the typical I-mode plasma profiles. Linear simulations reveal that two competitive instabilities coexist within the range of short and long wavelengths during I-mode phase, respectively. It is found that the passing electron response cannot be treated adiabatically for those modes with mode numbers close to that of weekly coherent mode, which is considered to be a major player in the I-mode formation and responsible for the unusual transport behaviour exhibited in I-mode plasmas. Nonlinear simulations yield a turbulent heat transport level that is comparable to the experimental level, and about a half of the experimental particle transport level.
I-modeは、Hモードと同様の良好なエネルギー閉じ込めを有する一方でLモードと同様の貧弱な粒子閉じ込めを有し、その結果として明らかな不純物蓄積がなく、大規模なエッジ局在モードも発生しないことから、燃焼運転に向けて提案されている閉じ込め領域の中でも魅力的な候補である。I-modeは近年いくつかのトカマクで実験的に達成されているが、I-modeの形成機構およびその特異な輸送挙動を説明するには、理論およびシミュレーションは依然として不十分である。本研究では、ジャイロ運動論的トロイダルコード（GTC）を用いた静電的ジャイロ運動論シミュレーションを、典型的なI-modeプラズマ分布に対して実施する。線形シミュレーションにより、I-mode位相中に短波長および長波長の範囲内でそれぞれ2つの競合する不安定性が共存することが明らかになる。弱コヒーレントモードに近いモード数を有するモードについては、通過電子応答を断熱的に扱うことができないことが見出された。弱コヒーレントモードはI-mode形成の主要な役割を担い、I-modeプラズマで示される特異な輸送挙動の原因であると考えられている。非線形シミュレーションにより、実験レベルに匹敵する乱流熱輸送レベルと、実験的な粒子輸送レベルの約半分の粒子輸送レベルが得られる。