The particle transport in the region close to the separatrix of L-mode tokamak plasmas is analyzed using local gyrokinetic simulations with the Gyro-kinetic Electromagnetic Numerical Experiment code and the reduced turbulent transport model TGLF-sat2. Experimental data from the ASDEX Upgrade tokamak with scans in density, plasma current and input power is used as a starting point for the study. Both the gyrokinetic simulations and the TGLF-sat2 simulations predict a strong particle pinch in the edge region close to the separatrix. The strong inward pinch leads to the formation of peaked density profiles even in absence of particle sources in all the condition analyzed. The predicted normalized density gradient at zero particle flux reaches level around 50% of the experimental normalized density gradient. These results indicate that not only the particle source but also turbulence plays a strong role for the edge density peaking in L-mode conditions. A direct consequence is that, even in absence of particle source, for a fixed level of the separatrix density, a minimum level of the plasma averaged density is expected. This might pose limitations in terms of plasma average density and separatrix density combinations in future reactors.
Lモードトカマクプラズマのセパラトリクス近傍領域における粒子輸送は、Gyro-kinetic Electromagnetic Numerical Experimentコードを用いた局所ジャイロ運動論シミュレーションと、縮約乱流輸送モデルTGLF-sat2を用いて解析される。研究の出発点として、ASDEX Upgradeトカマクにおける密度、プラズマ電流、入力パワーのスキャンから得られた実験データが用いられる。ジャイロ運動論シミュレーションとTGLF-sat2シミュレーションの両方が、セパラトリクス近傍の周辺領域において強い粒子ピンチを予測する。この強い内向きピンチは、解析されたすべての条件において、粒子源が存在しない場合でも、ピークした密度分布の形成をもたらす。ゼロ粒子束における予測された規格化密度勾配は、実験の規格化密度勾配の約50%のレベルに達する。これらの結果は、Lモード条件における周辺密度のピーキングに対して、粒子源だけでなく乱流も強い役割を果たすことを示している。直接的な帰結として、粒子源が存在しない場合でも、セパラトリクス密度が一定レベルに固定されれば、プラズマ平均密度には最小レベルが存在することが予想される。これは、将来の核融合炉におけるプラズマ平均密度とセパラトリクス密度の組み合わせに関して制約を課す可能性がある。