The impurity effects on ion temperature gradient (ITG) driven instability in transport barriers (TBs) are numerically investigated with the gyrokinetic integral eigenmode equations in tokamak plasmas. In particular, the effects of temperature and density gradients of the main ions ( and ) are analyzed independently to understand the physical mechanisms better, instead of keeping their ratio as carried out in previous works, when the parameters of impurity ions vary. It is found that the effect of impurity ions with outwardly peaked density profiles on ITG modes depends on the competition between the destabilizing effect of the impurity density gradient and the stabilizing effect induced by the dilution of main ions from impurity ions when is fixed, which is in significant contrast with the results for a fixed . The destabilizing effects include enhancement of ITG modes and coupling to the impurity mode (IM) in weak ITGs (big ) and strong impurity density gradient regimes. In addition, the stability boundaries for ITG modes, including high-order modes, are discussed in detail, and compared with previous works (Fröjdh et al 1992 Nucl. Fusion32 419). Furthermore, the impurity ions with either inwardly or slightly outwardly peaked density profiles have weaker and stronger stabilizing effects on small and big poloidal wave vector modes, respectively. However, the impurity ions with steeper outwardly peaked density profiles have stronger stabilizing effects on big modes. Moreover, the inwardly peaked impurity ion density profiles are beneficial for main ion confinement and impurity decumulation, due to the main (impurity) ions flowing inwardly (outwardly). Finally, analyses of eigenmode structure and the quasi-linear particle flux are performed in detail. The results show that impurity ions have non-negligible effects, especially on higher-order ITG modes.
トカマクプラズマにおける輸送障壁 (TBs) 内のイオン温度勾配 (ITG) 駆動不安定性に対する不純物効果を、ジャイロ運動論的積分固有モード方程式を用いて数値的に調査した。特に、不純物イオンのパラメータが変化するとき、主イオンの温度勾配と密度勾配 ( and ) の効果を、以前の研究で行われたようにそれらの比 を一定に保つのではなく、物理メカニズムをより良く理解するために独立に解析した。 が固定されている場合、外側にピークを持つ密度分布を持つ不純物イオンのITGモードへの効果は、不純物密度勾配 の不安定化効果と、不純物イオンによる主イオンの希釈によって引き起こされる安定化効果との競合に依存することが見出された。これは、固定された に対する結果とは著しく対照的である。不安定化効果には、弱いITG (big ) および強い不純物密度勾配領域におけるITGモードの増強と不純物モード (IM) への結合が含まれる。さらに、高次モードを含むITGモードの安定性境界が詳細に議論され、以前の研究 (Fröjdh et al 1992 Nucl. Fusion32 419) と比較された。さらに、内側またはわずかに外側にピークを持つ密度分布を持つ不純物イオンは、それぞれ小さなおよび大きなポロイダル波数 モードに対して、より弱いおよびより強い安定化効果を持つ。しかしながら、より急峻な外側ピーク密度分布を持つ不純物イオンは、大きな モードに対してより強い安定化効果を持つ。さらに、内側にピークを持つ不純物イオン密度分布は、主 (不純物) イオンが内側 (外側) へ流れるため、主イオンの閉じ込めと不純物の蓄積低減に有益である。最後に、固有モード構造と準線形粒子束の解析が詳細に行われた。結果は、不純物イオンが、特に高次ITGモードに対して無視できない効果を持つことを示している。