Local gyrokinetic simulations are used to model turbulent transport for the first time in a representative high-performance plasma discharge projected for the new JT-60SA tokamak. The discharge features a double-null separatrix, 41 MW of combined neutral beam heating and electron cyclotron heating, and a high predicted ratio of the normalized plasma kinetic to magnetic pressure β. When considering input parameters computed from reduced transport models, gyrokinetic simulations predict a turbulent heat flux well below the injected 41 MW. Increasing the background gradients, on the other hand, can trigger a non-zonal transition (NZT), causing heat fluxes to no longer saturate. Furthermore, when considering fast ions in the simulations, a high-frequency mode is destabilized that substantially impacts the turbulence. The NZT is avoided by reducing the electron pressure by 10% below its nominal value, and the fast-ion resonance is removed by reducing the fast-ion temperature. The thus-obtained simulation features broadband frequency spectra and density and temperature fluctuation levels –2%, –6% that should be measurable with fluctuation diagnostics planned for JT-60SA. The temperature profile is fixed by the critical main-ion temperature gradient as a consequence of the high stiffness; heat fluxes increase by a factor of ten when increasing the main ion temperature gradient by 17%. Despite large gradients, it is demonstrated that, due to the large β, retaining compressional magnetic field fluctuations and in particular, the contribution of the pressure gradient in the drifts, is crucial to achieving non-zero heat fluxes.
局所ジャイロ運動論シミュレーションを用いて、新しいJT-60SAトカマク用に予測された代表的な高性能プラズマ放電における乱流輸送を初めてモデル化する。この放電は、ダブルヌル・セパラトリクス、中性粒子ビーム加熱と電子サイクロトロン加熱を合わせた41 MW、そして規格化されたプラズマ運動圧と磁気圧の比βの高い予測値を特徴とする。縮約輸送モデルから計算された入力パラメータを考慮すると、ジャイロ運動論シミュレーションは投入された41 MWをはるかに下回る乱流熱流束を予測する。一方、背景勾配を増加させると非ゾーナル遷移(NZT)が引き起こされ、熱流束がもはや飽和しなくなる。さらに、シミュレーションで高速イオンを考慮すると、乱流に大きく影響する高周波モードが不安定化される。NZTは電子圧力を公称値より10%低下させることで回避され、高速イオン共鳴は高速イオン温度を低下させることで除去される。こうして得られたシミュレーションは、JT-60SAで計画されている揺動計測で測定可能であるはずの、広帯域周波数スペクトルと密度・温度変動レベル –2%、–6% を示す。温度分布は、高い剛性の結果として、主イオン温度勾配の臨界値によって固定される。主イオン温度勾配を17%増加させると熱流束は10倍に増加する。大きな勾配にもかかわらず、大きなβのため、圧縮性磁場揺動、特にドリフトにおける圧力勾配の寄与を保持することが、非ゼロの熱流束を得るために重要であることが実証される。