In this work, a comparison of the global gyrokinetic codes EUTERPE and GENE-3D in stellarator configurations of the Large Helical Device (LHD) and the Wendelstein 7-X (W7-X) is carried out. In linear simulations with adiabatic electrons, excellent agreement is found in the mode numbers, growth rate, frequency, mode structure, and spatial localization of the most unstable mode in LHD. In W7-X, the dependence of the growth rate and frequency with the mode number is well reproduced by both codes. The codes are also compared in linear simulations with kinetic ions and electrons in W7-X using model profiles, and reasonable agreement is found in the wavenumber of the most unstable modes. A stabilization of small-scale modes in kinetic-electron simulations with respect to the adiabatic-electron case is consistently found in both codes. Nonlinear simulations using adiabatic electrons and model profiles are also studied and the heat fluxes are compared. Very good agreement is found in the turbulent ion heat fluxes in both LHD and W7-X. Two problems that cannot be properly accounted for in local flux tube codes are studied: the localization of instabilities and turbulence over the flux surface and the influence of a background long-wavelength electric field. Good agreement between codes is found with respect to the spatial localization of instabilities and turbulence over the flux surface. The localization of saturated turbulence is found in both codes to be much smaller than that of the linear instabilities and smaller than previously reported in full-surface radially-local simulations. The influence of the electric field on the localization is also found to be smaller in the developed turbulent sate that in the linear phase, and smaller than in previous works. A stabilizing effect of a constant electric field on the linearly unstable modes is found in both codes. A moderate reduction of turbulent transport by the radial electric field, with small dependence with the sign of the electric field, is also found.
本研究では、大型ヘリカル装置（LHD）およびWendelstein 7-X（W7-X）のステラレータ配位におけるグローバルジャイロ運動論コードEUTERPEとGENE-3Dの比較を実施する。断熱電子を用いた線形シミュレーションでは、LHDの最も不安定なモードのモード数、成長率、周波数、モード構造、および空間的局在において優れた一致が見られる。W7-Xでは、成長率および周波数のモード数依存性が両コードによってよく再現される。また、W7-Xにおいてモデルプロファイルを用いた運動論的イオンおよび電子を含む線形シミュレーションでもコード比較を行い、最も不安定なモードの波数に関して妥当な一致が見られる。運動論的電子シミュレーションにおける小スケールモードの安定化は、断熱電子の場合と比較して、両コードで一貫して見られる。断熱電子とモデルプロファイルを用いた非線形シミュレーションも研究され、熱流束が比較される。LHDおよびW7-Xの両方において、乱流イオン熱流束に非常に良い一致が見られる。局所フラックスチューブコードでは適切に考慮できない2つの問題、すなわちフラックス面にわたる不安定性および乱流の局在と、背景の長波長電場の影響が研究される。フラックス面にわたる不安定性および乱流の空間的局在に関しては、コード間で良い一致が見られる。飽和乱流の局在は、両コードにおいて、線形不安定性のそれよりもはるかに小さく、また全表面動径局所シミュレーションでこれまでに報告されたものよりも小さいことが見出される。電場の局在への影響も、線形段階よりも発達した乱流状態において小さく、これまでの研究よりも小さいことが見出される。一定電場が線形不安定モードに及ぼす安定化効果が両コードで見られる。また、径方向電場による乱流輸送の適度な低減が見られ、その電場の符号への依存性は小さい。