Electrostatic turbulence, related structures and their effect on particle, heat and toroidal momentum transport are investigated in TORPEX simple magnetized plasmas using high-resolution diagnostics, control parameters, linear fluid models and nonlinear numerical simulations. The nature of the dominant instabilities is controlled by the value of the vertical magnetic field, Bv, relative to that of the toroidal field, BT. For Bv/BT > 3%, only ideal interchange instabilities are observed. A critical pressure gradient to drive the interchange instability is experimentally identified. Interchange modes give rise to blobs, radially propagating filaments of enhanced plasma pressure. Blob velocities and sizes are obtained from electrostatic probe measurements using pattern recognition methods. The observed values span a wide range and are described by a single analytical expression, from the small blob size regime in which the blob velocity is limited by cross-field ion polarization currents, to the large blob size regime in which the limitation to the blob velocity comes from parallel currents to the sheath. As a first attempt at controlling the blob dynamical properties, limiter configurations with varying angles between field lines and the conducting surface of the limiter are explored. Mach probe measurements clearly demonstrate a link between toroidal flows and blobs. To complement probe data, a fast framing camera and a movable gas puffing system are installed. Density and light fluctuations show similar signatures of interchange activity. Further developments of optical diagnostics, including an image intensifier and laser-induced fluorescence, are under way. The effect of interchange turbulence on fast ion phase space dynamics is studied using movable fast ion source and detector in scenarios for which the development from linear waves into blobs is fully characterized. A theory validation project is conducted in parallel with TORPEX experiments, based on quantitative comparisons of observables that are defined in the same way in the data and in the output of numerical codes, including 2D and 3D local and global simulations.
静電乱流、関連する構造、およびそれらの粒子・熱・トロイダル運動量輸送への影響を、高分解能計測、制御パラメータ、線形流体モデル、非線形数値シミュレーションを用いてTORPEX単純磁化プラズマにおいて調査する。支配的な不安定性の性質は、トロイダル磁場BTに対する鉛直磁場Bvの値によって制御される。Bv/BT > 3%の場合、理想交換型不安定性のみが観測される。交換型不安定性を駆動する臨界圧力勾配が実験的に同定される。交換モードは、プラズマ圧力が増大した半径方向に伝播するフィラメントであるブロブを生じさせる。ブロブの速度とサイズは、パターン認識法を用いた静電プローブ測定から得られる。観測された値は広い範囲にわたり、ブロブ速度が横断方向のイオン分極電流によって制限される小さいブロブサイズ領域から、ブロブ速度の制限がシースへの平行電流に起因する大きいブロブサイズ領域まで、単一の解析的表現によって記述される。ブロブの動的性質の制御への最初の試みとして、磁力線とリミターの導電面との間の角度が異なるリミター配置が探求される。マッハプローブ測定は、トロイダル流れとブロブの間の関連を明確に実証する。プローブデータを補完するために、高速フレーミングカメラと可動式ガス入射システムが設置される。密度と光の変動は、交換活動の類似した特徴を示す。イメージインテンシファイアとレーザー誘起蛍光を含む光学計測のさらなる発展が進行中である。交換乱流の高速イオン位相空間ダイナミクスへの影響は、線形波からブロブへの発展が完全に特徴付けられるシナリオにおいて、可動式高速イオン源と検出器を用いて研究される。理論検証プロジェクトは、データと数値コードの出力において同じ方法で定義される観測量の定量的比較に基づき、2Dおよび3Dの局所・大域シミュレーションを含めて、TORPEX実験と並行して実施される。