In transport barriers, particularly H-mode edge pedestals, radial scale lengths can become comparable to the ion orbit width, causing neoclassical physics to become radially nonlocal. In this work, the resulting changes to neoclassical flow and current are examined both analytically and numerically. Steep density gradients are considered, with scale lengths comparable to the poloidal ion gyroradius, together with strong radial electric fields sufficient to electrostatically confine the ions. Attention is restricted to relatively weak ion temperature gradients (but permitting arbitrary electron temperature gradients), since in this limit a δf (small departures from a Maxwellian distribution) rather than full-f approach is justified. This assumption is in fact consistent with measured inter-ELM H-Mode edge pedestal density and ion temperature profiles in many present experiments, and is expected to be increasingly valid in future lower collisionality experiments. In the numerical analysis, the distribution function and Rosenbluth potentials are solved for simultaneously, allowing use of the exact field term in the linearized Fokker–Planck–Landau collision operator. In the pedestal, the parallel and poloidal flows are found to deviate strongly from the best available conventional neoclassical prediction, with large poloidal variation of a different form than in the local theory. These predicted effects may be observable experimentally. In the local limit, the Sauter bootstrap current formulae appear accurate at low collisionality, but they can overestimate the bootstrap current in the plateau regime. In the pedestal ordering, ion contributions to the bootstrap and Pfirsch–Schlüter currents are also modified.
輸送障壁、特にHモード端部ペデスタルにおいては、動径方向のスケール長がイオン軌道幅と同程度になり得るため、新古典物理が動径方向に非局所的となり得る。本研究では、その結果として生じる新古典流れと電流の変化を、解析的および数値的の両面から検討する。イオンのポロイダルジャイロ半径と同程度のスケール長を持つ急峻な密度勾配と、イオンを静電的に閉じ込めるのに十分な強い動径電場を考える。解析は比較的弱いイオン温度勾配に限定するが、電子温度勾配は任意とする。なぜなら、この極限においては、マクスウェル分布からのずれが小さいδfアプローチが、完全なfアプローチではなく正当化されるからである。この仮定は、実際、多くの現行実験におけるHモード端部ペデスタルの測定された密度・イオン温度分布と整合的であり、将来の低衝突度実験においてもますます妥当性が高まると予想される。数値解析では、分布関数とローゼンブルースポテンシャルを同時に解くことにより、線形化フォッカー・プランク・ランダウ衝突演算子における正確な場の項を用いることを可能にする。ペデスタル内では、平行方向およびポロイダル方向の流れが、標準的な局所新古典理論による予測から大きくずれることが見出され、局所理論とは異なる形式の大きなポロイダル変動が生じる。これらの予測される効果は、実験的に観測可能である可能性がある。局所極限においては、ブートストラップ電流の標準式は低衝突度領域では正確であるが、プラトー領域ではブートストラップ電流を過大評価し得る。ペデスタル秩序においては、ブートストラップ電流およびパーシュ・シュリュータ電流へのイオンの寄与もまた修正される。