The E × B flow staircase-like pattern observed in the first principle gyrokinetic numerical experiments of tokamak fusion plasmas forms due to a nonlinear time delay. Simulations demonstrate a finite time delay between the staircase occurrence in particle transport and that in the density profile. This novel finding shows that instability can arise from perturbations in transport and then influence the background turbulence. E × B flow staircase plays roles not only in shearing the transport but also as a nonlinear saturation mechanism of staircase instability. Experimental measurements in KSTAR tokamak L-mode plasmas are consistent with the numerical findings.
E×Bフロー階段状構造は、トカマク核融合プラズマの第一原理ジャイロ運動論的数値実験において観測されるが、非線形時間遅延により形成される。シミュレーションは、粒子輸送における階段状構造の発生と密度分布におけるそれとの間に有限の時間遅延が存在することを実証している。この新知見は、輸送における摂動から不安定性が生じ得ること、そしてそれが背景乱流に影響を及ぼし得ることを示している。E×Bフロー階段状構造は、輸送をシアリングする役割だけでなく、階段状構造不安定性の非線形飽和機構としても役割を果たす。KSTARトカマクLモードプラズマにおける実験計測は、数値的知見と一致している。