In this work, we report an experimental study of electron-to-ion (e–i) root transitions in the TJ-II stellarator, a confinement transition associated with the formation of a sheared radial electric field in the plasma edge. The line-averaged electron density, , was kept close to the value at which such transitions are typically observed, while the electron cyclotron resonance heating (ECRH) power was modulated in order to investigate how changes in heating conditions affect the transition. We find that the density at which the e–i transition occurs depends on the applied ECRH power. This indicates that alone does not determine the transition, and supports the view that the relevant control parameter is linked to the edge plasma potential profile, or equivalently to the radial electric field and its shear. Long-range correlation analysis using spatially separated Langmuir probes reveals a clear change in the nature of edge turbulence across the transition. Below the threshold, correlations are consistent with radially propagating filamentary structures, while above the threshold they are localized in a narrow radial region, consistent with the presence of a zonal-flow-like structure of width about 1.5 cm. In the high confinement state, wavelet spectra show a strong suppression of low frequency fluctuations (below 50 kHz) together with a significant reduction of the turbulence correlation time, indicating effective turbulence decorrelation by shear flows. In addition, intermittency is reduced, suggesting a decrease in multifractality and an increased role of turbulence dominated by a low-order mode. Measures of entropy and statistical complexity suggest that this transition can be considered a phase transition. Altogether, these observations show that the plasma edge dynamics during the e–i root transition cannot be understood as a purely profile-driven process, but involve nonlinear interactions between profiles and turbulence.
本研究では、TJ-IIステラレータにおける電子–イオン（e–i）ルート遷移、すなわちプラズマ周辺部でのシアを伴う径電場の形成に伴う閉じ込め遷移に関する実験的研究を報告する。線平均電子密度は、そのような遷移が典型的に観測される値の近くに保たれ、その一方で電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）パワーを変調し、加熱条件の変化が遷移にどのように影響するかを調べた。e–i遷移が起こる密度は、印加されたECRHパワーに依存することが分かった。これは、線平均電子密度だけが遷移を決定するわけではないことを示しており、関連する制御パラメータが周辺プラズマ電位分布、あるいは等価的に径電場とそのシアと結びついているという見解を支持する。空間的に分離されたラングミュアプローブを用いた長距離相関解析は、遷移をまたいで周辺乱流の性質が明確に変化することを明らかにする。閾値以下では、相関は径方向に伝搬するフィラメント状構造と整合的であるが、閾値以上では、それらは狭い径方向領域に局在し、幅約1.5cmの帯状流様構造の存在と整合的である。高閉じ込め状態では、ウェーブレットスペクトルは50kHz以下の低周波変動の強い抑制を示し、それとともに乱流相関時間の有意な減少を伴う。これは、シア流による効果的な乱流脱相関を示している。さらに、間欠性は低減され、マルチフラクタル性の減少と、低次モードが支配的な乱流の役割の増大を示唆する。エントロピーと統計的複雑度の指標は、この遷移が相転移とみなされ得ることを示唆する。総合すると、これらの観測は、e–iルート遷移中のプラズマ周辺部のダイナミクスが、純粋に分布（プロファイル）駆動の過程として理解されるものではなく、分布と乱流の間の非線形相互作用を伴うことを示している。