Fusion performance in tokamaks hinges critically on the efficacy of the edge transport barrier (ETB) in suppressing energy losses. The new concept of 'fingerprints' is introduced to identify the instabilities that cause transport losses in the ETBs of many of today's experiments, from among widely posited candidates. Analysis of the gyrokinetic-Maxwell equations and gyrokinetic simulations of experiments reveals that each mode type produces characteristic ratios of transport in the various channels: density, heat, and impurities. This, together with experimental observations of transport in some channel or of the relative size of the driving sources of channels, can identify or determine the dominant modes causing energy transport. In multiple H-mode cases with edge-localized modes that are examined, these fingerprints indicate that magnetohydrodynamic (MHD)-like modes are apparently not the dominant agent of energy transport; rather, this role is played by micro-tearing modes (MTMs) and electron temperature gradient (ETG) modes, and in addition, possibly by ion temperature gradient/trapped electron modes (ITG/TEM) on JET (Joint European Torus). MHD-like modes may dominate the electron particle losses. Fluctuation frequency can also be an important means of identification, and is often closely related to the transport fingerprint. The analytical arguments unify and explain previously disparate experimental observations on multiple devices, including DIII-D, JET, and ASDEX-U. Detailed simulations of two DIII-D ETBs also demonstrate and corroborate this.
核融合性能は、トカマクにおいて、エネルギー損失を抑制する端部輸送障壁（ETB）の有効性に決定的に依存する。本論文では、今日の多くの実験におけるETB内で輸送損失を引き起こす不安定性を、提唱されている候補の中から特定するための新しい概念「フィンガープリント」を導入する。ジャイロ運動論的マクスウェル方程式の解析と実験のジャイロ運動論的シミュレーションにより、各モードタイプが、密度、熱、不純物といった様々なチャネルにおいて特徴的な輸送比を生み出すことが明らかになる。これと、あるチャネルでの輸送の実験的観測、または駆動源のチャネルの相対的な大きさの観測を組み合わせることで、エネルギー輸送を支配するモードを特定または決定できる。検討した複数のHモードの端部局在モード（ELM）を伴うケースにおいて、これらのフィンガープリントは、磁気流体力学（MHD）的モードがエネルギー輸送の主要な担い手ではないことを示す。むしろ、その役割は、マイクロティアリングモード（MTM）と電子温度勾配（ETG）モードが担い、さらにJET（共同欧州トーラス）では、イオン温度勾配／捕捉電子モード（ITG/TEM）が関与する可能性もある。MHD的モードは電子粒子損失を支配するかもしれない。ゆらぎ周波数もまた重要な同定手段となり得て、しばしば輸送フィンガープリントと密接に関連する。これらの解析的議論は、DIII-D、JET、ASDEX-Uを含む複数の装置における、これまでばらばらだった実験的観測を統一的に説明する。さらに、DIII-Dの2つのETBに対する詳細なシミュレーションがこれを実証し、裏付ける。