Ion orbit loss has been used to model the formation of a strong negative radial electric field Er in the tokamak edge, as well as edge momentum transport and toroidal rotation. To quantitatively measure ion orbit loss, an orbit-flux formulation has been developed and numerically applied to the gyrokinetic particle-in-cell code XGC. We study collisional ion orbit loss in an axisymmetric DIII-D L-mode plasma using gyrokinetic ions and drift-kinetic electrons. Numerical simulations, where the plasma density and temperature profiles are maintained through neutral ionization and heating, show the formation of a quasisteady negative Er in the edge. We have measured a radially outgoing ion gyrocenter flux due to collisional scattering of ions into the loss orbits, which is balanced by the radially incoming ion gyrocenter flux from confined orbits on the collisional time scale. This suggests that collisional ion orbit loss can shift Er in the negative direction compared to that in plasmas without orbit loss. It is also found that collisional ion orbit loss can contribute to a radially outgoing (counter-current) toroidal-angular-momentum flux, which is not balanced by the toroidal-angular-momentum flux carried by ions on the confined orbits. Therefore, the edge toroidal rotation shifts in the co-current direction on the collisional time scale.
イオン軌道損失は、トカマク周辺部における強い負の径方向電場Erの形成、ならびに周辺部の運動量輸送とトロイダル回転をモデル化するために使用されてきた。イオン軌道損失を定量的に測定するために、軌道フラックス定式化が開発され、ジャイロ運動論的粒子インセルコードXGCに数値的に適用されてきた。我々は、ジャイロ運動論的イオンとドリフト運動論的電子を用いて、軸対称なDIII-D Lモードプラズマにおける衝突性イオン軌道損失を研究する。プラズマの密度・温度分布が中性粒子の電離と加熱によって維持される数値シミミュレーションは、周辺部における準定常的な負のErの形成を示す。我々は、衝突散乱によってイオンが損失軌道に入ることによる径方向外向きのイオンジャイロ中心フラックスを測定した。これは、衝突時間スケールでは閉じ込め軌道からの径方向内向きのイオンジャイロ中心フラックスによって釣り合う。このことは、衝突性イオン軌道損失が、軌道損失のないプラズマ中のそれと比較してErを負の方向にシフトさせ得ることを示唆している。また、衝突性イオン軌道損失が、閉じ込め軌道上のイオンによって運ばれるトロイダル角運動量フラックスによっては釣り合わない、径方向外向き（逆電流方向）のトロイダル角運動量フラックスに寄与し得ることも見いだされた。したがって、周辺部のトロイダル回転は、衝突時間スケールで同電流方向にシフトする。