Using a gyrokinetic toroidal particle code with global profile effects, the toroidal electron temperature gradient driven (ETG) turbulence in positive and reversed shear tokamaks is studied. In the simulation, initial saturation levels of the ETG mode are consistent with the mixing length theory, which shows a Bohm (gyro-Bohm) like ρ*-scaling for a ballooning type (slab like) ETG mode in a positive (reversed) shear configuration, where ρ* is the electron Larmor radius ρte divided by the minor radius a. In a realistic small ρ* positive shear configuration, the ETG mode has a higher saturation level than the large ρ* positive shear configuration and the reversed shear configuration. In the nonlinear turbulent state, the ETG turbulence in the positive and reversed shear configurations shows quite different structure formations. In the positive shear configuration, the ETG turbulence is dominated by streamers which have a ballooning type structure, and the electron temperature Te profile is quickly relaxed by enhanced heat transport in a turbulent time scale. In the reversed shear configuration, quasi-steady zonal flows are produced in the negative shear region, while the positive shear region is characterized by streamers. Accordingly, the electron thermal diffusivity χe has a gap structure across the qmin surface, and the Te gradient is sustained above the critical value for a long time. The results suggest a stiffness of the Te profile in positive shear tokamaks and a possibility of the Te transport barrier in reversed shear tokamaks.
ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードを用いて、大域的プロファイル効果を考慮し、正磁気シアおよび逆磁気シアトカマクにおけるトロイダル電子温度勾配駆動（ETG）乱流を研究した。シミュレーションにおいて、ETGモードの初期飽和レベルは混合長理論と一致し、これは正磁気シア（逆磁気シア）配位におけるバルーニング型（スラブ型）ETGモードに対して、ボーム（ジャイロボーム）様のρ*スケーリングを示す。ここでρ*は電子ラーマー半径ρteを主半径aで割ったものである。現実的な小さいρ*の正磁気シア配位では、ETGモードの飽和レベルは大きいρ*の正磁気シア配位および逆磁気シア配位よりも高い。非線形乱流状態において、正磁気シアおよび逆磁気シア配位におけるETG乱流は、大きく異なる構造形成を示す。正磁気シア配位では、ETG乱流はバルーニング型構造を持つストリーマーによって支配され、電子温度Teプロファイルは乱流時間スケールでの増強された熱輸送により急速に緩和される。逆磁気シア配位では、負磁気シア領域に準定常的な帯状流が生成され、正磁気シア領域はストリーマーによって特徴づけられる。これに伴い、電子熱拡散係数χeはqmin面を横切ってギャップ構造を持ち、Te勾配は臨界値を超えて長期間維持される。これらの結果は、正磁気シアトカマクにおけるTeプロファイルの剛直性と、逆磁気シアトカマクにおけるTe輸送障壁の可能性を示唆する。