The I-mode is an attractive confinement regime for future tokamak based fusion reactors. A model is presented which explains the I-mode regime by the reduction of ITG turbulence near the separatrix at low collisionality, where the separatrix ion temperature can exceed the electron temperature. Drift-Alfvén-turbulence develops, with large and small-scale fluctuations being suppressed by phase randomization and finite-Larmor-radius effects, respectively. The intermediate scales form a broad peak in the frequency spectrum, which features the same properties as the characteristic weakly coherent mode. The model, which is studied by means of gyro-fluid simulations, reproduces a number of other experimental I-mode observations, such as decoupled energy and particle transport, intermittent turbulent bursts with precursors, an operational window widening with magnetic field strength, and the challenges met when detaching the plasma.
Iモードは、将来のトカマク型核融合炉にとって魅力的な閉じ込め状態である。本論文では、低衝突領域におけるセパラトリクス近傍のITG乱流の低減によってIモード状態を説明するモデルを提示する。この領域では、セパラトリクスにおけるイオン温度が電子温度を超え得る。ドリフト・アルヴェン乱流が発達し、大スケールの変動は位相の無作為化によって抑制され、小スケールの変動は有限ラーマー半径効果によって抑制される。中間スケールは周波数スペクトルにおいて広いピークを形成し、これは特徴的な弱いコヒーレントモードと同様の特性を示す。このモデルはジャイロ流体シミュレーションによって研究され、エネルギーと粒子の輸送の非結合、前駆現象を伴う間欠的な乱流バースト、磁場強度の増大に伴う運転領域の拡大、そしてプラズマのデタッチメント時に生じる課題など、他の多くの実験的なIモード観測結果を再現する。