Understanding the physics of low-confinement (L-), improved-confinement (I-), and high-confinement (H-) modes is critical for fusion reactors. The finding herein reports observations of two types of turbulence coexisting near the L-mode edge, one magnetohydrodynamic (MHD)-like and another micro-tearing mode (MTM)-like, linked to the H-mode and I-mode confinement in the DIII-D tokamak. Ion-scale magnetic and density turbulence is measured using a Faraday-effect radial-interferometer-polarimeter and beam-emission-spectroscopy (BES). Broadband turbulence spectra of up to ∼600 kHz are observed in two discharges where transitions between L-mode, I-mode, and H-mode occurs. Turbulence is found to be inversely correlated with confinement, meaning lower turbulence power at higher confinement. Distinctively, the high-frequency (HF, >∼100 kHz) magnetic turbulence power changes by the most (55%) during transitions primarily involving energy confinement change, whereas the low-frequency (LF, <∼100 kHz) magnetic and density turbulence power changes by the most (80%) during transitions primarily involving particle confinement change. The LF turbulence amplitude oscillates with and leads to deuterium-alpha emission oscillations before an H-mode. These results imply that HF turbulence mainly affects energy confinement whereas LF turbulence can affect particle confinement. The magnetic and density turbulence exhibits coherence up to 0.6 and cross-phase magnitude close to in most cases, suggesting they have a common origin in both the LF and HF ranges. BES suggests that LF turbulence resides at the edge () and HF turbulence can be at the outer core () or edge (). Comparisons of measurements, theory, and gyrokinetic simulations suggest that HF turbulence is MTM-like in all cases, whereas LF turbulence is more consistent with MHD-like modes and the exact instability might change during transitions—except that a drift-wave origin is possible in a low collisionality H-mode. These results suggest that the H-mode involves suppressed MHD-like turbulence, whereas the I-mode mitigates MTM-like turbulence along with largely unchanged MHD-like turbulence.
低閉じ込め（L-）、改善閉じ込め（I-）、高閉じ込め（H-）モードの物理を理解することは、核融合炉にとって極めて重要である。本稿で報告される発見は、Lモード境界近傍に共存する2種類の乱流——1つは磁気流体力学（MHD）的、もう1つは微視的ティアリングモード（MTM）的——が、DIII-DトカマクにおけるHモードおよびIモード閉じ込めと関連しているという観測に関するものである。イオンスケールの磁気および密度乱流は、ファラデー効果を用いた動径干渉計・偏光計およびビーム発光分光法（BES）によって測定された。Lモード、Iモード、Hモード間の遷移が生じる2つの放電において、最大約600 kHzの広帯域乱流スペクトルが観測された。乱流は閉じ込めと逆相関し、すなわち高い閉じ込めでは乱流パワーが低いことが見いだされた。特徴的には、高周波（HF、>約100 kHz）磁気乱流パワーは、主にエネルギー閉じ込めの変化を伴う遷移中に最も大きく（55％）変化するのに対し、低周波（LF、<約100 kHz）磁気および密度乱流パワーは、主に粒子閉じ込めの変化を伴う遷移中に最も大きく（80％）変化する。LF乱流振幅は、Hモード前に重水素アルファ発光の振動とともに振動し、それに先行する。これらの結果は、HF乱流が主にエネルギー閉じ込めに影響する一方、LF乱流は粒子閉じ込めに影響し得ることを示唆する。磁気および密度乱流は、ほとんどの場合において最大0.6のコヒーレンスと、 に近いクロスフェーズの大きさを示し、LFおよびHF両方の範囲で共通の起源を持つことを示唆している。BESは、LF乱流が境界（）に存在し、HF乱流が外側コア（）または境界（）に存在し得ることを示唆する。測定、理論、ジャイロ運動論シミュレーションの比較は、HF乱流がすべての場合においてMTM的であることを示唆する一方、LF乱流はMHD的なモードとより整合的であり、正確な不安定性は遷移中に変化する可能性がある——ただし、低衝突度Hモードではドリフト波起源が可能である。これらの結果は、HモードがMHD的乱流の抑制を伴う一方、Iモードは大部分が変化しないMHD的乱流とともにMTM的乱流を緩和することを示唆する。