Isotope effects on instabilities driven by ion temperature gradient (ITG) and impurities in tokamak plasmas in the presence of tungsten ions are numerically studied. It is revealed that the tungsten ions significantly modify the isotope scaling of the maximum growth rates of the instabilities with respect to the main or effective ion mass number or Meff [=(1 − fz)Mi + fzMz] with (=Znz/ne) being impurity charge concentration. The most reasonable scaling is deduced as with , for ITG driven modes, whilst holds with , for tungsten impurity modes, in significant contrast with the case of light or intermediate impurities where the scaling is and for ITG and impurity modes, respectively. These results suggest that existence of tungsten impurity would enhance (weaken) the isotope effect of instability driven by ITG (tungsten impurity ions), which is beneficial (harmful) for improvement of confinement when hydrogen isotopes are used in plasmas. The results might also provide hints on studies of particle and energy transports and discharge performance, particularly, in ITER-like wall machines.
タングステンイオン存在下でのトカマクプラズマにおけるイオン温度勾配（ITG）および不純物駆動不安定性に対する同位体効果を数値的に研究した。タングステンイオンが、主イオン質量数または有効質量数Meff [=(1−fz)Mi+fzMz]（ここでfz (=nz/ne)は不純物電荷濃度）に対する不安定性の最大成長率の同位体スケーリングを有意に修飾することが明らかにされた。最も合理的なスケーリング則として、ITG駆動モードに対してはγmax∝Meff−α（α≒0.45）が導出され、一方タングステン不純物モードに対してはα≒0.15が得られた。これは、軽不純物（例えば炭素）の場合のスケーリング（ITGモードでα≒0.3、不純物モードでα≒0.5）とは顕著に対照的である。これらの結果は、タングステン不純物の存在がITG駆動不安定性の同位体効果を強化する一方、タングステン不純物駆動モードの同位体効果を弱めることを示している。これは、水素同位体（重水素や三重水素）を使用した場合の閉じ込め改善に対して、ITG駆動不安定性の抑制が有利に働く一方、タングステン不純物モードの不安定性が強化される可能性を示唆する。これらの知見は、ITERのようなタングステン壁を備えた装置における粒子輸送およびエネルギー輸送の理解に重要な示唆を与えるものである。