Velocity–space structures of ion distribution function associated with the ion temperature gradient (ITG) turbulence and the collisionless damping of the zonal flow are investigated by means of a newly developed toroidal gyrokinetic-Vlasov simulation code with high velocity–space resolution. The present simulation on the zonal flow and the geodesic acoustic mode (GAM) successfully reproduces the neoclassical polarization of trapped ions as well as ballistic mode structures produced by collisionless particle motions. During the collisionless damping of GAM, the finer-scale structures of the ion distribution function in the velocity–space continue to develop while preserving an invariant defined by a sum of an entropy variable and the potential energy. The simulation results of the toroidal ITG turbulent transport clearly show generation of the fine velocity–space structures of the distribution function and their collisional dissipation. Detailed calculation of the entropy balance confirms the statistically steady state of turbulence, where the anomalous transport balances with the dissipation are given by the weak collisionality. The above results obtained by simulations with high velocity–space resolution are also understood in terms of generation, transfer and dissipation processes of the entropy variable in the phase–space.
イオン温度勾配（ITG）乱流と帯状流の無衝突減衰に関連するイオン分布関数の速度空間構造を、高速度空間分解能を有する新たに開発されたトロイダルジャイロ運動論的ブラゾフコードを用いて調べた。帯状流と測地線音響モード（GAM）に関する本シミュレーションは、閉じ込めイオンの新古典分極と、無衝突粒子運動によって生成される弾道モード構造を忠実に再現する。GAMの無衝突減衰の過程において、イオン分布関数の速度空間における微細構造は、エントロピー変数とポテンシャルエネルギーの和で定義される不変量を保存しながら発展し続ける。トロイダルITG乱流のシミュレーション結果は、分布関数の速度空間微細構造の生成と、その衝突による散逸を明確に示す。エントロピーバランスの詳細な計算により、弱い衝突頻度のもとで異常輸送と散逸が釣り合う統計的定常状態が確認される。高速度空間分解能シミュレーションで得られた以上の結果は、位相空間におけるエントロピー変数の生成、伝達、散逸過程として統一的に理解される。