A significant reduction of the turbulence-induced anomalous heat transport has been observed in recent studies of magnetically confined plasmas in the presence of a significant fast-ion fractions. Therefore, the control of fast-ion populations with external heating might open the way to more optimistic scenarios for future fusion devices. However, little is known about the parameter range of relevance of these fast-ion effects which are often only highlighted in correlation with substantial electromagnetic fluctuations. Here, a significant fast ion induced stabilization is also found in both linear and nonlinear electrostatic gyrokinetic simulations which cannot be explained with the conventional assumptions based on pressure profile and dilution effects. Strong wave-fast particle resonant interactions are observed for realistic parameters where the fast particle trace approximation clearly failed and explained with the help of a reduced Vlasov model. In contrast to previous interpretations, fast particles can actively modify the Poisson field equation—even at low fast particle densities where dilution tends to be negligible and at relatively high temperatures, i.e. T < 30Te. Further key parameters controlling the role of the fast ions are identified in the following and various ways of further optimizing their beneficial impact are explored. Finally, possible extensions into the electromagnetic regime are briefly discussed and the relevance of these findings for ITER standard scenarios is highlighted.
磁場閉じ込めプラズマの最近の研究において、有意な高速イオン割合の存在下で、乱流誘起異常熱輸送の顕著な低減が観測されている。したがって、外部加熱による高速イオン集団の制御は、将来の核融合装置にとってより楽観的なシナリオへの道を開く可能性がある。しかしながら、これらの高速イオン効果の関連するパラメータ範囲についてはほとんど知られておらず、それらはしばしば、大きな電磁的揺動との相関においてのみ強調される。ここでは、線形および非線形の静電ジャイロ運動論シミュレーションの両方において、有意な高速イオン誘起の安定化も見いだされるが、これは圧力分布と希釈効果に基づく従来の仮定では説明できない。強い波動-高速粒子共鳴相互作用が、高速粒子トレース近似が明らかに失敗した現実的なパラメータに対して観測され、簡約ヴラソフモデルを用いて説明される。従来の解釈とは対照的に、高速粒子はポアソン場の方程式を積極的に変更し得る。それは、希釈が無視できる傾向にある低い高速粒子密度や、比較的高い温度、すなわち T < 30Te においてさえもそうである。高速イオンの役割を制御するさらなる主要パラメータが以下で特定され、それらの有益な影響をさらに最適化するさまざまな方法が探求される。最後に、電磁的領域への可能な拡張が簡潔に議論され、これらの発見のITER標準シナリオとの関連性が強調される。