Reynolds stress is a key facet of turbulence self-organization. In the magnetized plasmas of controlled fusion devices, the zonal flows that are driven by the averaged Reynolds stress modify the confinement performance. We address this problem with full-f gyrokinetic simulations of ion temperature gradient-driven turbulence. From the detailed analysis of the three-dimensional electric potential and transverse pressure fields, we show that the diamagnetic contribution to the Reynolds stress—stemming from finite Larmor radius effects—exceeds the electrostatic contribution by a factor of about two. Both contributions are in phase, indicating that pressure does not behave as a passive scalar. In addition, the Reynolds stress induced by the electric drift velocity is found to be mainly governed by the gradient of the phase of the electric potential modes rather than by their magnitude. By decoupling Reynolds stress drive and turbulence intensity, this property indicates that a careful analysis of phase dynamics is crucial in the interpretation of experiments and simulations.
レイノルズ応力は、乱流の自己組織化における重要な要素である。制御核融合装置の磁化プラズマにおいて、レイノルズ応力によって駆動される帯状流は、閉じ込め性能を変化させる。我々は、イオン温度勾配乱流のfull-fジャイロ運動論シミュレーションを用いてこの問題に取り組む。三次元電場ポテンシャルと横方向圧力場の詳細な解析から、有限ラーモア半径効果に起因する反磁性項の寄与が、静電項の寄与の約2倍であることを示す。両者の寄与は同位相であり、圧力が受動的スカラーとして振る舞わないことを示している。さらに、電場ドリフト速度によって誘起されるレイノルズ応力は、電場ポテンシャルモードの振幅ではなく、主にその位相勾配によって支配されることが明らかになった。レイノルズ応力の駆動と乱流強度を分離することにより、この特性は、実験とシミュレーションの解釈において位相ダイナミクスの慎重な解析が極めて重要であることを示している。