This paper reports global nonlinear gyrokinetic simulations that couple meso-scale reversed shear Alfvén eigenmodes (RSAEs) driven by energetic particles (EPs) and ion temperature gradient (ITG) microturbulence driven by thermal plasma, using equilibrium and profiles from DIII-D discharge #159243. In simulations focusing only on the ITG, electrostatic ITG drives a huge thermal ion heat transport, which is reduced by a factor of to a level close to the experimental value in electromagnetic simulation due to finite effect. In the simulations coupling the RSAE and ITG, ITG can scatter the resonant EP nonlinearly trapped by the RSAE and damp the zonal flows generated by the RSAE. The regulation of the RSAE by the ITG greatly reduces the initial saturation amplitude of the RSAE but increases the RSAE amplitude and associated EP transport to experimental levels in the quasi-steady state. The RSAE effects on the ITG, specifically the stronger zonal flows generated by the RSAE and the RSAE frequency modulation of the ITG-induced thermal ion heat transport, in turn, leads to a reduction of the thermal ion heat transport by more than a factor of . For a stronger background ITG, the regulation of the RSAE by the ITG is stronger, while the RSAE effects on the ITG are weaker. This work highlights the importance of cross-scale coupling in the dynamics of the AE turbulence and EP transport.
本論文は、DIII-D放電#159243の平衡およびプロファイルを用いて、高エネルギー粒子(EPs)によって駆動されるメソスケールの反転シア・アルフヴェン固有モード(RSAEs)と、熱プラズマによって駆動されるイオン温度勾配(ITG)微視的乱流とを結合するグローバル非線形ジャイロ運動論シミュレーションを報告する。ITGのみに着目したシミュレーションでは、静電ITGは巨大な熱イオン熱輸送を駆動するが、これは有限 効果により電磁シミュレーションにおいて 倍に低減され、実験値に近いレベルになる。RSAEとITGを結合するシミュレーションでは、ITGはRSAEによって非線形に捕捉された共鳴EPを散乱させ、RSAEによって生成された帯状流を減衰させることができる。ITGによるRSAEの調整は、RSAEの初期飽和振幅を大幅に低減させるが、準定常状態ではRSAE振幅および関連するEP輸送を実験レベルまで増加させる。RSAEのITGへの影響、具体的にはRSAEによって生成されるより強い帯状流と、ITGによって誘起される熱イオン熱輸送のRSAE周波数変調は、結果として熱イオン熱輸送を 倍以上低減させる。より強い背景ITGでは、ITGによるRSAEの調整はより強くなるが、RSAEのITGへの影響はより弱くなる。この研究は、AE乱流とEP輸送のダイナミクスにおけるクロスケール結合の重要性を強調する。