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Parameter dependences of ion thermal transport due to toroidal ITG turbulence

A.M. Dimits, B.I. Cohen, W.M. Nevins, D.E. Shumaker2001年被引用 36Nuclear FusionIF 3出版社

The non-linear 3-D toroidal gyrokinetic simulation code PG3EQ is used to study toroidal ion temperature gradient (ITG) driven turbulence - a key cause of the anomalous transport that limits tokamak plasma performance. Surveys of χi versus E × B and toroidal shear show that (a) the maximum growth rate is not a good predictor of the E × B shear required to suppress turbulent transport, (b) there is often a `plateau region' in which E × B shear significantly reduces the maximum linear growth rate but not the transport and (c) the parallel velocity shear component of toroidal velocity shear can negate much of the transport reduction by the E × B shear. Simulations in which the ion temperature gradient Ti(r) initially varies with radial position evolve towards a state without strong radial variations in Ti(r) while approximately preserving the total (E × B + diamagnetic) ion flow. If the electrostatic potential is initialized to zero, then sheared E × B flows result which can significantly reduce or quench the transport. If, however, the total ion flow profile (or equivalently the radial force) is initialized to be radially uniform, then the initial radial variations in Ti(r) do not result in a significant reduction in the transport. Surveys of χi versus magnetic shear S show a (often very sharp) peak at S ≅ 0.5 - the value at which the orientation of the ITG modes is in the major radius direction and is independent of poloidal angle in the region near the outer midplane. Surveys of χi versus Ti show that in most cases the thermal flux Q (χi Ti) has a linear dependence on Ti, with an intercept value of Ti which is often significantly larger than than linear critical value.

日本語訳

非線形3次元トロイダルジャイロ運動論的シミュレーションコードPG3EQを用いて、トカマクプラズマ性能を制限する異常輸送の主要な原因であるトロイダルイオン温度勾配(ITG)駆動乱流を研究する。χiのE×Bシアおよびトロイダルシアに対する調査は、(a)最大成長率は乱流輸送を抑制するために必要なE×Bシアの良い予測因子ではないこと、(b)E×Bシアが最大線形成長率を有意に減少させるが輸送は減少させない「プラトー領域」がしばしば存在すること、(c)トロイダル速度シアの平行速度シア成分がE×Bシアによる輸送低減の多くを打ち消し得ることを示す。イオン温度勾配Ti(r)が最初に半径方向位置とともに変化するシミュレーションは、Ti(r)の強い半径方向変動のない状態へと発展し、その際に全(E×B+反磁性)イオンフローをほぼ保存する。静電ポテンシャルがゼロに初期化される場合、シアを有するE×Bフローが生じ、輸送を有意に低減または消滅させ得る。しかしながら、全イオンフロープロファイル(または等価的に半径方向力)が半径方向に一様になるように初期化される場合、Ti(r)の初期の半径方向変動は輸送の有意な低減をもたらさない。χiの磁気シアSに対する調査は、(しばしば非常に鋭い)ピークがS≅0.5にあることを示す——この値は、ITGモードの配向が主半径方向にあり、外側中平面付近の領域でポロイダル角に依存しない値である。χiのTiに対する調査は、ほとんどの場合において熱フラックスQ(χiTi)がTiに対して線形依存性を有し、その切片値Tiは線形臨界値よりもしばしば有意に大きいことを示す。

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Ion temperature gradient
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