The presence of impurity ions in magnetically confined plasmas can significantly influence micro-instabilities, impacting cross-field transport and ultimately affecting fusion performance. In particular, Parallel Velocity Gradient (PVG) instability, commonly observed at the edge of fusion devices and in linear devices, can be strongly influenced by impurities. Inspired by the drift-wave models of Hasegawa-Mima and Hasegawa-Watakani, this article develops and examines two distinct fluid models: the ideal impurity-PVG model and the resistive impurity-PVG model. These models aim to investigate the impact of impurities on key properties of the PVG instability, both in the linear and nonlinear regimes. Our findings show that non-negligible impurity concentrations change the growth rates, wave-number ranges, and nonlinear saturations of these instabilities. Notably, the degree of ionization and the relative impurity flow shear can either amplify or mitigate PVG-related turbulence, depending on the impurity and overall plasma conditions. The results underscore the need for a more comprehensive treatment of multi-ion-species plasmas, particularly when impurity fractions cannot be treated as traces.
磁場閉じ込めプラズマ中の不純物イオンの存在は、微視的不安定性に有意に影響を及ぼし、磁場横断輸送に影響を与え、最終的には核融合性能に影響を与える可能性がある。特に、核融合装置の周辺部および線形装置において一般的に観測される平行速度勾配(PVG)不安定性は、不純物によって強く影響され得る。本論文では、ハセガワ・ミマおよびハセガワ・ワタカニのドリフト波モデルに着想を得て、理想的不純物PVGモデルと抵抗性不純物PVGモデルの2つの異なる流体モデルを開発し、検証する。これらのモデルは、線形および非線形領域の両方において、PVG不安定性の主要な特性に対する不純物の影響を調査することを目的とする。我々の結果は、無視できない不純物濃度が、これらの不安定性の成長率、波数範囲、および非線形飽和を変化させることを示している。特に、電離度と相対的不純物フローシアは、不純物および全体的なプラズマ条件に応じて、PVG関連乱流を増幅または緩和し得る。これらの結果は、特に不純物割合が微量として扱えない場合に、多イオン種プラズマのより包括的な取り扱いの必要性を強調するものである。