We report on recent experimental, numerical and theoretical investigations of suprathermal ion transport and turbulent plasma dynamics in TORPEX. TORPEX is a toroidal device in which field-aligned blobs are intermittently generated and propagate across a confining magnetic field. Suprathermal ions are locally injected using a miniaturized source and detected using gridded energy analyzers. We show evidence for subdiffusive and superdiffusive transport of suprathermal ions, using an unprecedented combination of uniquely resolved three-dimensional measurements and first-principles numerical simulation. We present time-resolved measurements of suprathermal ion current fluctuations, which exhibit a clear causality relation with blobs, as revealed by a transfer entropy method for the superdiffusive case. This link is further investigated by using a conditional sampling technique, which allows resolving the cross-field dynamics of both blobs and the suprathermal ion beam, revealing that suprathermal ions experiencing superdiffusive transport are associated with bursty displacement events, resulting in highly intermittent time traces. This work links observations usually inaccessible in fusion devices and astrophysical plasmas, namely energy resolved three-dimensional time-averaged measurements, with Eulerian time-resolved measurements, which are often the only accessible measurements in such systems.
我々は、TORPEXにおける超熱イオン輸送と乱流プラズマ力学に関する最近の実験的、数値的、理論的研究について報告する。TORPEXは、磁場に沿ったブロブが間欠的に生成され、閉じ込め磁場を横切って伝播するトロイダル装置である。超熱イオンは、小型化された源を用いて局所的に注入され、グリッド付きエネルギー分析器を用いて検出される。我々は、三次元的に分解された測定と第一原理数値シミュレーションという前例のない組み合わせを用いて、超熱イオンの亜拡散的および超拡散的輸送の証拠を示す。超熱イオン電流変動の時間分解測定を提示し、これが超拡散的な場合の転送エントロピー法によって明らかにされたブロブとの明確な因果関係を示すことを実証する。この関連性は、条件付きサンプリング手法を用いることでさらに調査され、ブロブと超熱イオンビームの両方の横断磁場ダイナミクスを分解することを可能にし、超拡散的輸送を経験する超熱イオンがバースト的な変位事象と関連し、その結果、高度に間欠的な時間トレースをもたらすことを明らかにする。この研究は、核融合装置や天体プラズマでは通常アクセスできない観測、すなわちエネルギー分解された三次元時間平均測定と、そのようなシステムでしばしばアクセス可能な唯一の測定であるオイラー的時間分解測定とを結びつけるものである。