This paper reports on the recent studies of toroidal and poloidal momentum transport in JET. The ratio of the global energy confinement time to the momentum confinement is found to be close to τE/τϕ = 1 except for the low density or low collisionality discharges where the ratio is τE/τϕ = 2–3. On the other hand, local transport analysis of around 40 discharges shows that the ratio of the local effective momentum diffusivity to the ion heat diffusivity is χϕ/χi ≈ 0.1–0.4 (averaged over the radial region r/a = 0.4–0.7) rather than unity, as expected from the global confinement times and used often in ITER predictions. The apparent discrepancy in the global and local momentum versus ion heat transport can be at least partly explained by the fact that momentum confinement within edge pedestal is worse than that of the ion heat and thus, momentum pedestal is weaker than that of ion temperature. In addition, while the ion temperature profile shows clearly strong profile stiffness, the toroidal velocity profile does not exhibit stiffness, as exemplified here during a giant ELM crash. Predictive transport simulations with the self-consistent modelling of toroidal velocity using the Weiland model and GLF23 also confirm that the ratio χϕ/χi ≈ 0.4 reproduces the core toroidal velocity profiles well and similar accuracy with the ion temperature profiles. Concerning poloidal velocities on JET, the experimental measurements show that the carbon poloidal velocity can be an order of magnitude above the neo-classical estimate within the ITB. This significantly affects the calculated radial electric field and therefore, the E × B flow shear used for example in transport simulations. Both the Weiland model and GLF23 reproduce the onset, location and strength of the ITB well when the experimental poloidal velocity is used while they do not predict the formation of the ITB using the neo-classical poloidal velocity in time-dependent transport simulation. The most plausible explanation for the generation of the anomalous poloidal velocity is the turbulence driven flow through the Reynolds stress. Both CUTIE and TRB turbulence codes show the existence of an anomalous poloidal velocity, being significantly larger than the neo-classical values. And similarly to experiments, the poloidal velocity profiles peak in the vicinity of the ITB and seem to be dominantly caused by flow due to the Reynolds stress. However, it is important to note that both the codes treat the equilibrium in a simplified way and this affects the geodesic curvature effects and geodesic acoustic modes (GAMs). Therefore, the results should be considered as indicative, and most probably provide an upper bound of the mean poloidal velocity as results from other codes including GAM dynamics show that they often serve as a damping mechanism to flows.
本論文は、JETにおけるトロイダル運動量およびポロイダル運動量の輸送に関する最近の研究について報告する。運動量閉じ込め時間に対する全エネルギー閉じ込め時間の比は、低密度または低衝突度の放電を除き、τ_E/τ_φ ≈ 1 に近い値となることが見出された。低密度または低衝突度の放電では、この比は τ_E/τ_φ = 2–3 となる。一方、約40回の放電に対する局所輸送解析では、運動量拡散係数とイオン熱拡散係数の比は、動径領域 r/a = 0.4–0.7 で平均すると χ_φ/χ_i ≈ 0.1–0.4 であり、全閉じ込め時間から予想され、ITER予測でしばしば用いられる値である1とは異なることが示されている。全閉じ込め時間と局所輸送における運動量とイオン熱の比の見かけ上の不一致は、エッジペデスタル内での運動量閉じ込めがイオン熱閉じ込めよりも劣悪であり、その結果、運動量ペデスタルがイオン温度ペデスタルよりも弱いという事実によって、少なくとも部分的に説明できる。さらに、イオン温度分布が明確な分布剛性を示す一方で、トロイダル速度分布は剛性を示さないことが、巨大ELMクラッシュ中の例によって実証されている。WeilandモデルおよびGLF23を用いたトロイダル速度の自己無撞着モデリングによる予測輸送シミュレーションも、χ_φ/χ_i ≈ 0.4 の比がコアのトロイダル速度分布を良好に再現し、イオン温度分布についても同様の精度で再現することを確認している。JETにおけるポロイダル速度に関しては、実験測定により、内部輸送障壁（ITB）内での炭素ポロイダル速度が新古典論的予測よりも一桁以上大きくなり得ることが示されている。これは、計算される径電場、ひいては例えば輸送シミュレーションで使用される E×B 流れのシアに有意な影響を及ぼす。WeilandモデルとGLF23の両方は、実験的なポロイダル速度を用いた場合、ITBの発生位置、強度、および分布を良好に再現するが、新古典論的ポロイダル速度を用いた時間依存輸送シミュレーションではITBの形成を予測しない。異常なポロイダル速度の生成に対する最も妥当な説明は、レイノルズ応力を通じた乱流駆動流である。CUTIEおよびTRB乱流コードは両方とも、新古典論的値よりも有意に大きい異常なポロイダル速度の存在を示している。また、実験と同様に、ポロイダル速度分布はITB近傍でピークを示し、レイノルズ応力による流れが支配的であると思われる。しかしながら、両コードとも平衡を簡略化した方法で扱っているため、測地曲率効果および測地音響モード（GAM）に影響が及ぶことに留意することが重要である。したがって、これらの結果は指標的なものと考えるべきであり、GAM動力学を含む他のコードの結果が、流れに対する減衰機構としてしばしば機能することを示していることから、平均ポロイダル速度の上限値を提供する可能性が最も高い。