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Zonal shear layer collapse and the power scaling of the density limit: old L-H wine in new bottles

Rameswar Singh, P H Diamond2022年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Edge shear layer collapse causes edge cooling and aggravates radiative effects. This paper details on the microscopic dynamics of the emergence of power (Q) scaling of density limit (DL) from the shear layer collapse transport bifurcation scenario. The analysis is based on a novel 4-field model, which evolves turbulence energy, zonal flow energy, temperature gradient and density, including the neoclassical screening of zonal flow response. Bifurcation analysis yields power scaling of critical density for shear layer collapse as . The favorable Q scaling of the DL emerges from the fact that the shear layer strength increases with Q, thus preventing shear layer collapse. This in turn reduces particle transport and improves particle confinement. RMP induced ambient stochastic fields degrade the shear layer by inducing decoherence in the Reynolds stress. As a result the particle transport increases and particle confinement degrades. This leads to the emergence of unfavorable stochastic field intensity () scaling of the critical density as . All fields, including zonal flow shear, exhibit hysteresis when the power (Q) is ramped cyclically across the bifurcation point. The hysteresis is due to dynamical delay in bifurcation on account of critical slowing down. Thus, the dynamical hysteresis here is fundamentally different from the hysteresis associated with the existence of bi-stable states.

日本語訳

エッジシアの崩壊はエッジ冷却を引き起こし、放射効果を悪化させる。本論文は、シア崩壊輸送分岐シナリオから密度限界(DL)のパワー(Q)スケーリングの出現に関する微視的ダイナミクスを詳述する。解析は、乱流エネルギー、帯状流エネルギー、温度勾配、密度を発展させる新規の4場モデルに基づいており、帯状流応答の新古典的遮蔽を含む。分岐解析により、シア崩壊に対する臨界密度のパワースケーリングが として得られる。DLの好ましいQスケーリングは、シア強度がQとともに増加し、それによってシア崩壊が防止されるという事実から生じる。これにより粒子輸送が低減し、粒子閉じ込めが改善される。RMP誘起の周辺確率場は、レイノルズ応力におけるデコヒーレンスを誘起することによりシアを劣化させる。その結果、粒子輸送が増加し、粒子閉じ込めが劣化する。これにより、臨界密度の好ましくない確率場強度()スケーリング の出現が導かれる。すべての場(帯状流シアを含む)は、パワー(Q)が分岐点を横切って周期的に掃引されるときにヒステリシスを示す。このヒステリシスは、臨界減速による分岐の動的遅延に起因する。したがって、ここでの動的ヒステリシスは、双安定状態の存在に伴うヒステリシスとは根本的に異なる。

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Zonal flowL-H transitionDensity limit
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