Transient and non-transient changes to confinement properties of a tokamak equilibrium arise from several different plasma phenomena: a heat pulse triggered by a sawtooth; a cold pulse triggered by impurity injection or a giant ELM; the L ↔ H transitions triggered at the edge can produce a fast response in temperature towards the centre; MHD instabilities like sawtooth collapse, ELM or 'outer' mode cause negative-positive changes to the local energy density. Such changes to the confinement properties propagate through the plasma on timescales which are much smaller than the confinement time itself. A model to describe this based on turbulent guiding centre drift motion is developed. The theory for the non-linear model focuses on the propagation of perturbations to the plasma temperature and density. The model predicts a fluctuation-turbulence spectrum which agrees with that observed in experimental fluctuation measurements, apart from the predicted long wavelength part, which is not measured experimentally. A turbulence theory for the guiding centre velocity correlation function is developed in five steps, three of which have often been used in work on turbulence. Step 1 is the random phase approximation. Step 2 is the Markovian approximation. Step 3 is the discrete to continuum approximation. Step 4 is the solution of a prototype non-linear equation for one single harmonic. Step 5 is the solution of a non-linear equation for the entire spectrum of fluctuations using statistical techniques. The solution can be studied in two regimes. The long term or steady state regime has commonly been used in many turbulence theories. On the other hand the short term or ballistic regime predicts that perturbations propagate by advective or wave-like transport relevant to transient changes. The propagation speed is the characteristic guiding centre fluid drift velocity scaled by the ratio between the energy in the fluctuations and the thermal energy. Its magnitude agrees with experimental observations. The validity of the approximations in each of the five steps is discussed, together with how appropriate these are to a tokamak equilibrium with shear.
トカマク平衡の閉じ込め特性に対する過渡的および非過渡的な変化は、いくつかの異なるプラズマ現象に起因する：鋸歯状振動によって引き起こされる熱パルス；不純物注入または巨大ELMによって引き起こされる冷パルス；L↔H遷移は、周辺部で引き起こされ、中心部に向かって温度の高速応答を生じ得る；鋸歯状崩壊、ELM、または「外側」モードのようなMHD不安定性は、局所的なエネルギー密度に負から正への変化を引き起こす。このような閉じ込め特性の変化は、閉じ込め時間自体よりもはるかに小さい時間スケールでプラズマ中を伝播する。この現象を記述するための、乱流的な案内中心ドリフト運動に基づくモデルが構築される。非線形モデルの理論は、プラズマ温度と密度の摂動の伝播に焦点を当てる。このモデルは、実験的な揺動測定で観測されるものと一致する変動・乱流スペクトルを予測するが、実験的に測定されない予測された長波長部分は除かれる。案内中心速度相関関数に対する乱流理論は、5つの段階で展開される。そのうちの3つは、乱流研究でしばしば用いられてきたものである。段階1はランダム位相近似である。段階2はマルコフ近似である。段階3は離散から連続への近似である。段階4は、単一の高調波に対する原型非線形方程式の解法である。段階5は、統計的手法を用いた全スペクトルに対する非線形方程式の解法である。この解は2つの領域で研究できる。長期的または定常状態の領域は、多くの乱流理論で一般的に用いられてきた。一方、短期的または弾道的な領域は、摂動が移流的または波動的な輸送によって伝播することを予測し、これは過渡的な変化に関連する。伝播速度は、揺動のエネルギーと熱エネルギーの比でスケールされた特性案内中心流体ドリフト速度である。その大きさは実験的観測と一致する。5つの各段階における近似の妥当性が議論され、さらにそれらがシアを有するトカマク平衡に対してどの程度適切であるかが考察される。