Trace impurity transport is studied with the flux-driven gyrokinetic GYSELA code (Grandgirard et al 2016 Comput. Phys. Commun. 207 35). A reduced and linearized multi-species collision operator has been recently implemented, so that both neoclassical and turbulent transport channels can be treated self-consistently on an equal footing. In the Pfirsch–Schlüter regime that is probably relevant for tungsten, the standard expression for the neoclassical impurity flux is shown to be recovered from gyrokinetics with the employed collision operator. Purely neoclassical simulations of deuterium plasma with trace impurities of helium, carbon and tungsten lead to impurity diffusion coefficients, inward pinch velocities due to density peaking, and thermo-diffusion terms which quantitatively agree with neoclassical predictions and NEO simulations (Belli et al 2012 Plasma Phys. Control. Fusion54 015015). The thermal screening factor appears to be less than predicted analytically in the Pfirsch–Schlüter regime, which can be detrimental to fusion performance. Finally, self-consistent nonlinear simulations have revealed that the tungsten impurity flux is not the sum of turbulent and neoclassical fluxes computed separately, as is usually assumed. The synergy partly results from the turbulence-driven in–out poloidal asymmetry of tungsten density. This result suggests the need for self-consistent simulations of impurity transport, i.e. including both turbulence and neoclassical physics, in view of quantitative predictions for ITER.
トレース不純物輸送は、フラックス駆動型ジャイロ運動論コードGYSELA（Grandgirardら 2016 Comput. Phys. Commun. 207 35）を用いて研究されている。近年、簡約化された線形多種衝突演算子が実装され、新古典輸送と乱流輸送の両チャネルを同等に扱って自己無撞着に計算できるようになった。タングステンに関連すると思われるPfirsch–Schlüter領域では、採用した衝突演算子を用いたジャイロ運動論から、新古典不純物フラックスの標準的な式が再現されることが示されている。重水素プラズマ中のヘリウム、炭素、タングステンのトレース不純物を用いた純新古典シミュレーションにより、不純物拡散係数、密度ピーキングによる内方向ピンチ速度、および熱拡散項が得られ、これらは新古典予測およびNEOシミュレーション（Belliら 2012 Plasma Phys. Control. Fusion 54 015003）と定量的に一致する。熱遮蔽係数は、Pfirsch–Schlüter領域における解析的予測よりも小さいことが示され、これは核融合性能に悪影響を及ぼす可能性がある。最後に、自己無撞着な非線形シミュレーションにより、タングステンフラックスは、通常仮定されるように、乱流フラックスと新古典フラックスを別々に計算した和には等しくないことが明らかになった。この相乗効果は、タングステン密度の乱流駆動型内外非対称性に部分的に起因する。この結果は、ITERの定量的予測のためには、乱流物理と新古典物理の両方を含む自己無撞着な不純物輸送シミュレーションの必要性を示唆している。