Predictions of heat load widths based on particle orbits alone are very pessimistic. This paper shows that pedestal peeling-ballooning (P-B) magnetohydrodynamic (MHD) turbulence broadens the stable scrape-off layer (SOL) by the transport, or spreading, of fluctuation energy from the pedestal. is seen to increase with , the fluctuation energy density flux. We elucidate the fundamental physics of the spreading process. increases with pressure fluctuation correlation length. P-B turbulence is seen to be especially effective at spreading, on account of its large effective mixing length. Spreading is shown to be a multiscale process, which is enhanced by the synergy of large and small-scale modes. Pressure fluctuation skewness correlates well with the spreading flux–with the zero crossing of skewness and spatially coincident–suggesting the role of coherent fluctuation structures and the presence of intermittency in broadening. scaling persists for the broadened SOL. We show that the spreading flux increases for increasing pedestal pressure gradient and for decreasing pedestal collisionality . This trend is due to the dominance of peeling modes for large and low . Ultimately, we see that a state of weak MHD turbulence, as for small ELMs, is very attractive for heat load management. Our findings have transformative implications for future fusion reactor designs and call for experimental investigations to validate the observed trends.
粒子軌道のみに基づく熱負荷幅 の予測は非常に悲観的である。本論文は、ペデスタルのピーリング・バルーニング（P-B）電磁流体力学（MHD）乱流が、ペデスタルからの揺動エネルギーの輸送、すなわち拡がりによって、安定なスクレイプオフ層（SOL）を広げることを示す。 は、揺動エネルギー密度フラックス とともに増加することが見られる。我々は、この拡がり過程の基礎物理学を解明する。 は圧力揺動の相関長とともに増加する。P-B乱流は、その大きな有効混合長のために、拡がりに特に有効であることが見られる。拡がりはマルチスケール過程であることが示され、それは大スケールと小スケールのモードの相乗効果によって増強される。圧力揺動の歪度は拡がりフラックスとよく相関し——歪度のゼロ交差と が空間的に一致する——これは、コヒーレントな揺動構造の役割と、 の広がりにおける間欠性の存在を示唆している。 スケーリングは、広がったSOLに対して持続する。我々は、拡がりフラックスが、ペデスタルの圧力勾配 の増加およびペデスタルのコリジョナリティ の減少に対して増加することを示す。この傾向は、大きな および低い に対するピーリングモードの優位性によるものである。最終的に、我々は、小さなELMの場合のような弱いMHD乱流の状態が、熱負荷管理にとって非常に魅力的であることを見る。我々の発見は、将来の核融合炉設計に対して変革的な示唆を与え、観察された傾向を検証するための実験的調査を求めるものである。