Detailed studies of the non-linear radial wavenumber spectrum of electric potential fluctuations in gyro-kinetic plasma turbulence simulations have led to a new paradigm that is capable of computing the momentum pinch quasilinearly. It is found that shear in the E × B velocity Doppler shift suppresses turbulence by inducing a shift in the peak of the radial wavenumber spectrum, and a reduction in the amplitude. An analytic model of the process is used to understand the roles of the sheared velocity and the non-linear mode coupling. The analytic model leads to a simple formula that fits the non-linear spectrum and only depends on the spectral average shift in the radial wavenumber. This 'spectral shift' model is a new paradigm that radial parity breaking is the fundamental mechanism that suppresses the turbulence through a radial wavenumber shift. The E × B velocity shear is one of a number of radial parity breaking mechanisms. Using a model of the spectral shift the toroidal Reynolds stress due to the E × B velocity shear can be computed for the first time with a quasilinear model. It is shown that, when diamagnetic and neoclassical contributions to the parallel flows are included, the E × B velocity shear term in the toroidal Reynolds stress allows the sign of the intrinsic toroidal rotation to change. Simulations of the co-current and balanced neutral beam injection phase of a DIII-D discharge using the quasilinear model show good agreement with experiment.
ジャイロ運動論的プラズマ乱流シミュレーションにおける電場ポテンシャル変動の非線形動径波数スペクトルの詳細な研究により、運動量ピンチを準線形的に計算できる新しいパラダイムが導かれた。E×B速度ドップラーシフトにおけるシアが、動径波数スペクトルのピークのシフトと振幅の減少を誘起することによって乱流を抑制することが見出された。この過程の解析モデルを用いて、シア速度と非線形モード結合の役割を理解する。解析モデルは、動径波数におけるスペクトル平均シフトのみに依存する非線形スペクトルに適合する単純な公式を導出する。この「スペクトルシフト」モデルは、動径波数シフトを通じて乱流を抑制する根本的なメカニズムが動径パリティ破れであるという新しいパラダイムである。E×B速度シアは、多数の動径パリティ破れメカニズムの一つである。スペクトルシフトのモデルを用いることで、E×B速度シアによるトロイダル Reynolds 応力を、初めて準線形モデルで計算することができる。平行流への反磁性項と新古典項の寄与を含めると、トロイダル Reynolds 応力におけるE×B速度シア項によって、固有トロイダル回転の符号が変化し得ることが示される。準線形モデルを用いた DIII-D 放電のコ・カレントおよびバランスド中性粒子ビーム入射段階のシミュレーションは、実験と良好な一致を示す。