Neoclassical tearing modes have deleterious effects on plasma confinement and, if they grow large enough, they can lead to discharge termination. Therefore, they impose a major barrier in the development of operating scenarios of present-day tokamaks. Gyrokinetics offers a path toward studying multi-scale interactions with turbulence and the effect on plasma confinement. As a first step toward this goal, we have implemented static magnetic islands in nonlinear gyrokinetic simulations with the GENE code. We investigate the effect of the islands on profiles, flows, turbulence and transport and the scaling of these effects with respect to island size. We find a clear threshold island width, below which the islands have little or no effect while beyond this point the islands significantly perturb flows, increase turbulence and transport. Additionally, we study the effect of radially asymmetric islands on shear flows for the first time. We find that island induced shear flows can regulate turbulent fluctuation levels in the vicinity of the island separatrices. Throughout this work, we focus on experimentally relevant quantities, such as rms levels of density and electron temperature fluctuations, as well as amplitude and phasing of turbulence modulation. These simulations aim to provide guidelines for interpreting experimental results by comparing qualitative trends in the simulations with those obtained in tokamak experiments.
新古典テアリングモードはプラズマ閉じ込めに有害な影響を及ぼし、十分に成長すると放電の終了につながる可能性がある。したがって、それらは現在のトカマクにおける運転シナリオの開発における主要な障壁となっている。ジャイロ運動論は、乱流とのマルチスケール相互作用とプラズマ閉じ込めへの影響を研究するための道を提供する。この目標に向けた第一歩として、我々はGENEコードを用いた非線形ジャイロ運動論シミュレーションに静的磁気島を実装した。我々は、島が分布、流れ、乱流、輸送に及ぼす影響と、これらの影響の島サイズに対するスケーリングを調査する。我々は明確な閾値島幅を発見し、その閾値以下では島はほとんど影響を及ぼさないが、閾値を超えると島は流れを著しく摂動させ、乱流を増大させ、輸送を増加させる。さらに、我々は初めて動径方向に非対称な島がせん断流に及ぼす影響を研究する。我々は、島によって誘起されるせん断流が島のセパラトリクス近傍の乱流変動レベルを調整できることを見いだす。本研究を通じて、我々は密度および電子温度の変動レベルのrms値や、乱流変調の振幅と位相など、実験的に関連する量に焦点を当てる。これらのシミュレーションは、トカマク実験で得られた結果とシミュレーションの定性的傾向を比較することにより、実験結果を解釈するための指針を提供することを目的としている。