A remarkable extension of the high-ion-temperature (high-Ti) regime was obtained in deuterium plasma experiments in the Large Helical Device. In order to clarify transport characteristics in the ion internal transport barrier (ITB) formation with an isotope effect, a dataset of pure deuterium (nD/ne > 0.8) and pure hydrogen (nH/ne > 0.8) plasmas in the high-Ti regime were analyzed, and two mechanisms of transport improvement were characterized. A significant reduction of ion heat transport in the core of both deuterium and hydrogen plasmas was observed, indicating ion ITB formation. The dependence of the ion heat diffusivity on temperature ratio (Te/Ti) and normalized Ti-gradient (R/LTi = −(R/Ti)(dTi/dr)) was investigated in the core region, in which gyrokinetic simulations with the GKV code predict the destabilization of ion temperature gradient (ITG) modes. The Te/Ti dependence shows ITG-like property, while a significant deviation from the ITG-like property is found in the R/ dependence, indicating suppression of the ITG mode in the large R/ regime and resultant ion ITB formation. In the comparison between deuterium plasma and hydrogen plasma, the lower transport in the deuterium plasma is observed in both ion and electron heat diffusivities, indicating a significant isotope effect. It was found with the nonlinear turbulent transport simulation with GKV that the zonal flow enhancement contributes to the ITG suppression in the deuterium plasma.
大型ヘリカル装置における重水素プラズマ実験において、高イオン温度（high-Ti）領域の顕著な拡張が達成された。イオン内部輸送障壁（ITB）形成における同位体効果の輸送特性を明らかにするため、高イオン温度領域における純重水素（nD/ne > 0.8）および純水素（nH/ne > 0.8）プラズマのデータセットを解析し、輸送改善の2つのメカニズムを特徴づけた。重水素および水素プラズマの両方においてコア領域のイオン熱輸送の顕著な低減が観測され、イオンITB形成が示された。コア領域におけるイオン熱拡散係数の温度比（Te/Ti）および規格化イオン温度勾配（R/LTi = −(R/Ti)(dTi/dr)）への依存性を調査した。ここで、GKVコードによるジャイロ運動論シミュレーションはイオン温度勾配（ITG）モードの不安定化を予測する。Te/Ti依存性はITG的性質を示す一方、R/LTi依存性においてはITG的性質からの顕著な偏差が見られ、大きなR/LTi領域におけるITGモードの抑制とそれに伴うイオンITB形成が示唆された。重水素プラズマと水素プラズマの比較において、イオンおよび電子の熱拡散係数の両方で重水素プラズマの方が低い輸送を示し、顕著な同位体効果が観測された。GKVによる非線形乱流輸送シミュレーションにより、重水素プラズマにおける帯状流の増強がITG抑制に寄与することが明らかになった。