Based on first-principles nonlinear gyrokinetic simulations, the electrostatic turbulence properties in the internal transport barrier (ITB) region of an Experimental Advanced Superconducting Tokamak discharge (#93890) are investigated. Specifically, ITBs with steep density and temperature gradients are located in the weakly negative magnetic shear region at the plasma center. In the linear stage, the growth rate and frequency of the ion temperature gradient (ITG) mode increase significantly due to resonant excitation by trapped electrons. That is, the resonance between trapped electrons and the ITG becomes strong due to the precession drift reversal of trapped electrons by the negative magnetic shear and Shafranov shift. Meanwhile, the trapped electron mode is stable in the ITB region due to only a very small fraction of electrons precessing in the direction of the electron diamagnetic drift. Nonlinear simulations show that, after considering the non-adiabatic effect of trapped electrons, the heat conductivity of ions and the turbulence intensity increase by at least a factor of 7 compared with the results only considering the adiabatic effect of electrons. The zonal charge density of trapped electrons can partially cancel that of ions, which weakens the intensity of the zonal flow, and consequently reduces the zonal flow regulation and enhances the turbulent transport.
第一原理に基づく非線形ジャイロ運動論的シミュレーションに基づき、実験先進超伝導トカマクの放電（#93890）における内部輸送障壁（ITB）領域の静電乱流特性を調査した。具体的には、急峻な密度勾配と温度勾配を持つITBは、プラズマ中心部の弱い負の磁気シア領域に位置している。線形段階では、捕捉電子による共鳴励起により、イオン温度勾配（ITG）モードの成長率と周波数が有意に増加する。すなわち、負の磁気シアとシャフラノフシフトによる捕捉電子の歳差運動ドリフトの反転によって、捕捉電子とITGとの間の共鳴が強くなる。一方、捕捉電子モードは、電子反磁性ドリフトの方向に歳差運動する電子の割合がごくわずかであるため、ITB領域では安定である。非線形シミュレーションは、捕捉電子の非断熱効果を考慮した後、電子の断熱効果のみを考慮した結果と比較して、イオンの熱伝導率と乱流強度が少なくとも7倍増加することを示している。捕捉電子の帯状電荷密度はイオンのそれを部分的に打ち消すことができ、これにより帯状流の強度が弱まり、その結果、帯状流による制御が低減され、乱流輸送が強化される。