The total-f gyrokinetic particle-in-cell code XGC is applied to study various aspects of collisional transport in the tokamak edge pedestal in the presence of resonant magnetic perturbations (RMPs) calculated with M3D-C1. Simulations including the separatrix and scrape-off layer are exercised for a model DIII-D H-mode plasma. Neutral particle recycling is modeled by means of ionization and charge exchange with the plasma. A fully nonlinear Fokker–Planck collision operator is utilized to account for non-Maxwellian edge plasma. The study yields kinetic evidence that (i) neglecting the non-axisymmetric component of the RMP-generated electrostatic potential perturbation could yield a fictitiously high particle pump-out rate in the edge pedestal; that (ii) the experimental level of particle pump-out from the pedestal cannot be provided by collisional transport across Kolmogorov–Arnold–Moser surfaces except across the magnetic separatrix where stochastic magnetic field lines exist; that (iii) the H-mode type electron heat barrier is retained in the steep slope area under the M3D-C1 calculated RMPs; and that (iv) the stochastic electron heat-transport rate around the magnetic separatrix surface is much lower than the prediction by Rechester–Rosenbluth (1978 Phys. Rev. Lett. 40 38–41) and is qualitatively consistent with the experimentally observed rate. Detailed kinetic physics analysis on how the transport fluxes, electrostatic potential perturbation, and -well structure respond to onset of RMPs is also reported.
トータルfジャイロ運動論的粒子インセルコードXGCは、M3D-C1で計算された共鳴磁場摂動(RMP)の存在下でのトカマク端部ペデスタルにおける衝突輸送のさまざまな側面を研究するために適用される。セパラトリクスとスクレイプオフ層を含むシミュレーションが、モデルDIII-D Hモードプラズマに対して実施される。中性粒子リサイクリングは、プラズマとの電離および電荷交換によってモデル化される。完全非線形フォッカー・プランク衝突演算子が、非マクスウェル型端部プラズマを考慮するために用いられる。この研究は、以下の運動論的証拠をもたらす。(i) RMPによって生成される静電ポテンシャル摂動の非軸対称成分を無視すると、端部ペデスタルにおける粒子ポンプアウト率が架空に高くなる可能性があること。(ii) ペデスタルからの粒子ポンプアウトの実験レベルは、確率的磁力線が存在する磁気セパラトリクスを横切る場合を除いて、コルモゴロフ・アーノルド・モーザー曲面を横切る衝突輸送によっては提供され得ないこと。(iii) Hモード型電子熱障壁は、M3D-C1で計算されたRMPの下での急勾配領域に保持されること。(iv) 磁気セパラトリクス表面周辺の確率的電子熱輸送率は、Rechester–Rosenbluth (1978 Phys. Rev. Lett. 40 38–41) による予測よりもはるかに低く、実験的に観測された率と定性的に一致すること。輸送フラックス、静電ポテンシャル摂動、および-井戸構造がRMPの開始にどのように応答するかに関する詳細な運動論的物理解析も報告される。