Developing successful tokamak operation scenarios, as well as confident extrapolation of present-day knowledge requires a rigorous understanding of plasma turbulence, which largely determines the quality of the confinement. In particular, accurate particle transport predictions are essential due to the strong dependence of fusion power or bootstrap current on the particle density details. Here, gyrokinetic turbulence simulations are performed with physics inputs taken from a JET power scan, for which a relatively weak degradation of energy confinement and a significant density peaking is obtained with increasing input power. This way physics parameters that lead to such increase in the density peaking shall be elucidated. While well-known candidates, such as the collisionality, previously found in other studies are also recovered in this study, it is furthermore found that edge E × B shearing may adopt a crucial role by enhancing the inward pinch. These results may indicate that a plasma with rotational shear could develop a stronger density peaking as compared to a non-rotating one, because its inward convection is increased compared to the outward diffusive particle flux as long as this rotation has a significant on E × B flow shear stabilization. The possibly significant implications for future devices, which will exhibit much less torque compared to present day experiments, are discussed.
トカマク運転シナリオの開発、ならびに現状の知識の確かな外挿には、閉じ込めの質を主に決定するプラズマ乱流の厳密な理解が不可欠である。特に、核融合出力やブートストラップ電流が密度分布の詳細に強く依存するため、正確な粒子輸送の予測が重要となる。本稿では、JETのパワースキャンから得られた物理入力に基づくジャイロ運動論的シミュレーションを実施する。このスキャンでは、入力パワーの増加に伴い、エネルギー閉じ込めの比較的弱い劣化と、顕著な密度ピーキングの増大が観測されている。本シミュレーションにより、密度ピーキングの増大を引き起こす物理パラメータを解明する。先行研究で同定された衝突周波数などの既知の候補に加え、本研究では、E×Bシア流が粒子の内向き対流を強化することを通じて、密度ピーキングに重要な役割を果たすことが新たに見出された。これらの結果は、回転シアを有するプラズマでは、内向き対流が外向き拡散粒子束を上回るため、非回転プラズマと比較してより強い密度ピーキングが発達し得ることを示唆する。さらに、将来の装置では、現状の実験と比較してトルク入力が大幅に減少するため、これらの知見が持つ重要な含意について議論する。