Low-Z impurity injection is frequently used for divertor detachment operations in current tokamaks; however, the impurity effects on the main plasma are yet to be fully understood. In this paper, the impurity effects on the ion temperature gradient (ITG) modes in tokamak edge plasmas are investigated based on the Euler matrix eigenvalue method. The eigen-equations with multiple ion species are established from the fundamental gyrokinetic theory, in which each ion species is treated equally. A novel and efficient gyro-kinetic code is developed for this numerical study, and the code's availability to examine quasi-linear ITG modes is demonstrated by its comparison with existing results. At the pedestal top parameters in Experimental Advanced Superconducting Tokamak high-βp H-mode plasmas, the ITG mode behavior is investigated in pure deuterium plasmas and with impurities. Impurities can induce destabilizing or stabilizing effects on ITG modes, which are determined by the impurity density scale length. The inwardly peaked impurity density profile tends to reduce the ITG growth rate. The effect strength also increases with the impurity charge concentration. The effects of impurity species, including boron, carbon, neon and argon, are also evaluated. Numerical results show that the strength of destabilizing or stabilizing effect inverses with impurity ion charge at the same effective charge.
低Z不純物注入は、現在のトカマクにおけるダイバータ非接触運転に頻繁に用いられているが、主プラズマに対する不純物の影響はまだ完全には理解されていない。本論文では、オイラー行列固有値法に基づいて、トカマク周辺プラズマにおけるイオン温度勾配（ITG）モードに対する不純物の影響を調査する。複数イオン種を含む固有方程式は、各イオン種を同等に扱う基本ジャイロ運動論から導出される。この数値研究のために新規で効率的なジャイロ運動論コードが開発され、既存の結果との比較により、準線形ITGモードを調べるためのコードの有用性が実証される。実験先進超伝導トカマク（EAST）の高βp Hモードプラズマにおけるペデスタルパラメータにおいて、純重水素プラズマおよび不純物を含む場合のITGモードの挙動が調査される。不純物はITGモードに対して不安定化または安定化の効果を誘起し得るが、これは不純物密度のスケール長によって決定される。内側にピークを持つ不純物密度分布は、ITG成長率を減少させる傾向がある。また、この効果の強さは不純物電荷数とともに増大する。ホウ素、炭素、ネオン、アルゴンを含む不純物種の影響も評価される。数値結果は、同じ実効電荷において、不安定化または安定化効果の強さが不純物イオン電荷とともに逆転することを示している。