This study employs gyrokinetic simulations to investigate ion temperature gradient (ITG) turbulence in realistic fusion reactor plasmas featuring reversed magnetic shear. The weakly negative magnetic shear is observed to be more stable for the ITG instability than strongly positive shear in this equilibrium configuration, primarily stemming from the scarcity of mode rational surfaces induced by the weak negative shear. This superiority in suppression for the negative shear persists in nonlinear turbulence with zonal flow artificially eliminated, where the emergence of turbulence solitons is observed and found associated with locally dense mode rational surfaces. However, the difference in transport levels among different magnetic shears diminishes in the presence of self-consistently generated zonal flow, accompanied by the disappearance of turbulence solitons. The nonlinear generation of zonal flow is found to be significantly affected by the magnetic shear. The study reveals a remarkable phenomenon that the Dimits shift no longer exists for negative magnetic shear, which is attributed to the weakness of the zonal flow generation near the ITG marginal stability.
本研究は、ジャイロ運動論的シミュレーションを用いて、反転磁気シアを特徴とする現実的な核融合炉プラズマにおけるイオン温度勾配(ITG)乱流を調査する。この平衡配位において、弱い負の磁気シアは、強い正の磁気シアよりもITG不安定性に対して安定であることが観測され、これは主として、弱い負のシアによって引き起こされるモード有理面の稀少性に起因する。負のシアにおけるこの抑制の優位性は、帯状流を人為的に除去した非線形乱流においても持続し、そこでは乱流ソリトンの出現が観測され、それが局所的に密集したモード有理面と関連することが見出された。しかしながら、自己無撞着に生成される帯状流が存在する場合、異なる磁気シア間の輸送レベルの差は減少し、それに伴って乱流ソリトンは消滅する。帯状流の非線形生成は、磁気シアによって有意に影響を受けることが見出された。本研究は、負の磁気シアに対してはディミッツシフトがもはや存在しないという顕著な現象を明らかにするが、これはITG臨界安定性近傍での帯状流生成の弱さに起因する。