The neoclassical ambipolarity condition governing the radial electric field in stellarators can have several solutions, and sudden transitions (in radius) between these can then take place. The radial position and structure of such a transition cannot be determined from local transport theory, and instead a non-rigorous model based on a diffusion equation for the electric field is usually employed for this purpose (Turkin et al 2011 Phys. Plasmas18 022505). We compare global (full plasma volume) drift-kinetic simulations of neoclassical transport in the Wendelstein 7-X stellarator with this model and find significant discrepancies. The position r0 of the transition is not predicted correctly by the diffusion model, but the radial structure of the transition layer is in reasonable agreement if the diffusion coefficient is chosen appropriately. In particular, it should depend on the plasma temperature in the same way as the plateau-regime coefficient of neoclassical transport theory or the gyro-Bohm diffusion coefficient. In the small-gyroradius limit, the prediction of r0 by the diffusion model simplifies to the so-called Maxwell construction (Shaing 1984 Phys. Fluids27 1567–9; Shaing 1984 Phys. Fluids27 1924–6). However, this property also emerges from a wide range of other mathematical models in the appropriate limit. The basic assumption underlying these models is that the diffusion, or generalisations thereof, is independent of the radial electric field, which is however unlikely to be the case in practice. Presumably this fact explains the discrepancy between the diffusion model and the drift-kinetic simulations. Finally, it is found that global simulations replicate the phenomenon of spontaneous root transitions driven by variations in the electron-to-ion temperature ratio, as predicted by local theory in the small-gyroradius limit.
ステラレーターにおける径方向電場を支配する新古典的両極性条件は複数の解を持ち得るため、これらの間の（半径方向の）急激な遷移が起こり得る。このような遷移の半径方向位置と構造は局所輸送理論から決定することはできず、その代わりに、電場に対する拡散方程式に基づく非厳密なモデルが通常この目的で用いられる（Turkin et al 2011 Phys. Plasmas18 022505）。我々は、ヴェンデルシュタイン7-Xステラレーターにおける新古典的輸送のグローバル（全プラズマ体積）ドリフト運動論的シミュレーションをこのモデルと比較し、有意な不一致を見いだす。遷移の位置 r0 は拡散モデルによって正しく予測されないが、遷移層の半径方向構造は、拡散係数を適切に選べば、合理的に一致する。特に、その拡散係数は、新古典的輸送理論のプラトー領域係数またはジャイロボーム拡散係数と同じようにプラズマ温度に依存するべきである。小ジャイロ半径極限において、拡散モデルによる r0 の予測は、いわゆるマクスウェル構成（Shaing 1984 Phys. Fluids27 1567–9; Shaing 1984 Phys. Fluids27 1924–6）に帰着する。しかしながら、この性質は、適切な極限において、他の広範な数学的モデルからも現れる。これらのモデルの根底にある基本的な仮定は、拡散、あるいはその一般化が、径方向電場に依存しないということでああるが、実際にはそうではない可能性が高い。おそらくこの事実が、拡散モデルとドリフト運動論的シミュレーションとの間の不一致を説明している。最後に、グローバルシミュレーションが、小ジャイロ半径極限における局所理論によって予測されるように、電子-イオン温度比の変化によって駆動される自発的ルート遷移の現象を再現することが見いだされる。