A novel type of internal transport barrier called F-ATB (fast ion-induced anomalous transport barrier) has been recently observed in state-of-the-art global gyrokinetic simulations on a properly optimized ASDEX Upgrade experiment and presented in Di Siena et al (2021 Phys. Rev. Lett.127 025002). Unlike the transport barriers previously reported in the literature, the trigger mechanism for the F-ATB has been shown to be a wave-particle resonant interaction between supra-thermal particles—generated via ion cyclotron resonance heating—and ion scale plasma turbulence. This resonant mechanism strongly depends on the particular shape of the fast ion temperature and density profiles. Therefore, to further improve our theoretical understanding of this transport barrier, we present results exploring the parameter space and physical conditions for the F-ATB generation by performing a systematic study with global GENE simulations. Particular emphasis is given to the transport barrier width and its localization by scanning over different energetic particle temperature profiles. The latter are varied in amplitude, half-width, and radial localization of an ad-hoc Gaussian-like energetic particle logarithmic temperature gradient profile. For the reference parameters at hand, a threshold in the ratio between the fast ion and electron temperature and the amplitude of the fast ion logarithmic temperature gradient is identified to trigger the transport barrier effectively. The role of q = 1 rational surface to the transport barrier formation is investigated as well by retaining electromagnetic effects and its impact found to be negligible for this particular barrier formation mechanism.
新規の内部輸送障壁であるF-ATB（高速イオン誘起異常輸送障壁）が、最先端のジャイロ運動論シミュレーションにおいて、適切に最適化されたASDEX Upgrade実験に対して最近観測され、Di Sienaら（2021 Phys. Rev. Lett. 127 025002）に報告された。これまでに報告された輸送障壁とは異なり、F-ATBのトリガー機構は、イオンサイクロトロン共鳴加熱によって生成された高エネルギー粒子とイオンスケールのプラズマ乱流との間の波動-粒子共鳴相互作用であることが示されている。この共鳴機構は、高速イオンの温度および密度分布の特定の形状に強く依存する。したがって、この輸送障壁に関する理論的理解をさらに深めるため、我々はグローバルGENEシミュレーションを用いた系統的研究により、F-ATB生成のためのパラメータ空間と物理的条件を探求した結果を提示する。特に、輸送障壁の幅とその位置に焦点を当て、異なる高エネルギー粒子温度分布を走査した。後者は、アドホックなガウス型高エネルギー粒子対数温度勾配分布の振幅、半値幅、および動径方向の位置を変化させることによって変更された。対象とする参照パラメータに対して、高速イオンと電子の温度比および高速イオン対数温度勾配の振幅における閾値が、輸送障壁を効果的にトリガーするために特定された。また、q = 1有理面の輸送障壁形成への役割についても、電磁効果を保持した上で調査され、この特定の障壁形成機構に対してその影響は無視できることが見出された。