At and around minima or maxima of the safety factor q, overlapping, and therefore toroidicity induced coupling of drift eigenmodes centred on neighbouring rational surfaces rl,m defined by q(rl,m) = m/l and rl,m±1 defined by q(rl,m±1) = (m±1)/l, is generally negligible; l and m (m±1) are the toroidal and (main) poloidal mode numbers, respectively. Under these conditions, a careful analysis shows that the growth rate of the ion temperature gradient (ITG) mode is proportional to the absolute value of the magnetic shear parameter; its radial width and frequency (in the E × B rotating frame) are larger in the axisymmetric torus than in the plasma slab or cylinder, especially at small values of kθ ai (kθ is the poloidal mode number and ai the characteristic ion Larmor radius). These results provide a straightforward theoretical interpretation of the origin of internal ion transport barriers (ITBs) in discharges with negative central shear if the ITG instability is indeed the main channel for ion energy transport. In agreement with recent experiments, the mechanism does not degrade for Te∼Ti, an important result for extrapolation to reactors. Once initiated, an ITB will locally increase the curvature of the ion temperature profile and, consequently, the gradients of the radial electric field and E × B rotation profiles (until neoclassical (or sub-neoclassical) transport comes into play). The damping associated with velocity shear yields an upper bound on the unstable mode number range, whereas Landau damping is expected to introduce a lower bound. In cases where toroidal effects are subdominant, the ratio of the damping rate associated with velocity shear to the growth rate associated with magnetic shear leads naturally to the Hamaguchi-Horton parameter (divided by the factor ηi-2/3 which characterizes the departure from the instability threshold (ηi is the ratio of the density and temperature length scales)) when introducing the most unfavourable mode number. Toroidal effects are always dominant for sufficiently weak magnetic shear or sufficiently large values of |LN|/R (where LN is the density gradient length), and therefore before steepening of the profiles has occurred near the zero magnetic shear layer; the counterpart of the Hamaguchi-Horton characteristic parameter appropriate to that case is also obtained, considering again the most unfavourable mode number.
安全係数qの極小値または極大値の近傍では、q(r_{l,m}) = m/l および q(r_{l,m±1}) = (m±1)/l で定義される隣接する有理面 r_{l,m} および r_{l,m±1} を中心とするドリフト固有モードの重なり、したがってトロイダル性による結合は、一般に無視できる。ここで、l および m (m±1) はそれぞれトロイダルモード数および(主)ポロイダルモード数である。これらの条件下で、詳細な解析により、イオン温度勾配(ITG)モードの成長率は磁気シアパラメータの絶対値に比例することが示される。その径方向幅および周波数(E × B 回転系において)は、プラズマスラブまたは円柱の場合よりも軸対称トーラスの場合の方が大きく、特に k_θ a_i の小さな値(ここで k_θ はポロイダル波数、a_i は特性イオンラーモア半径)で顕著である。これらの結果は、負の中心シアを持つ放電における内部イオン輸送障壁(ITB)の起源について、ITG 不安定性がイオンエネルギー輸送の主な経路であるならば、直接的な理論的解釈を与える。最近の実験と一致して、この機構は T_e ~ T_i の場合でも劣化せず、これは炉への外挿にとって重要な結果である。一旦開始されると、ITB はイオン温度分布の曲率を局所的に増加させ、結果として径方向電場および E × B 回転分布の勾配を増加させる(新古典(または準新古典)輸送が作用し始めるまで)。速度シアに伴う減衰は不安定モード数範囲に上限を与える一方、ランダウ減衰は下限を導入すると期待される。トロイダル効果が従属的な場合、速度シアに伴う減衰率と磁気シアに伴う成長率の比は、最も不利なモード数を導入すると、自然に浜口-ホートンパラメータ(不安定性閾値からのずれを特徴づける因子 η_i - 2/3 で割ったもの。ここで η_i は密度と温度の長さスケールの比)に導かれる。トロイダル効果は、十分に弱い磁気シアまたは |L_N|/R の十分に大きな値(ここで L_N は密度勾配長)に対して常に支配的であり、したがってゼロ磁気シア層の近くで分布の急峻化が起こる前に、その場合に適した浜口-ホートン特性パラメータの対応物も、再び最も不利なモード数を考慮して得られる。