The first experimental campaigns of Wendelstein 7-X (W7-X) have shown that turbulence plays a decisive role in the performance of neoclassically optimized stellarators. This stresses the importance of understanding microturbulence from the theoretical and experimental points of view. To this end, this paper addresses a comprehensive characterization of the turbulent fluctuations by means of nonlinear gyrokinetic simulations performed with the code stella in two W7-X scenarios. In the first part of the paper, the amplitude of the density fluctuations is calculated and compared with measurements obtained by Doppler reflectometry (DR) in the OP1 experimental campaigns. It is found that the trend of the fluctuations along the radius is explained by the access of the DR system to different regions of the turbulence wavenumber spectrum. In the second part of the article, frequency spectra of the density fluctuations and the zonal component of the turbulent flow are numerically characterized for comparisons against future experimental analyses. Both quantities feature broad frequency spectra with dominant frequencies of O(1)–O(10) kHz.
Wendelstein 7-X (W7-X) の最初の実験キャンペーンは、乱流が新古典的に最適化されたステラレーターの性能において決定的な役割を果たすことを示した。これは、理論的および実験的観点から微視的乱流を理解することの重要性を強調するものである。この目的のために、本論文では、コード stella を用いて実行された非線形ジャイロ運動論的シミュレーションにより、2つの W7-X シナリオにおける乱流揺動の包括的な特徴付けを扱う。論文の第一部では、密度揺動の振幅を計算し、OP1 実験キャンペーンにおいてドップラー反射計測 (DR) によって得られた測定値と比較する。半径に沿った揺動の傾向は、DR システムが乱流波数スペクトルの異なる領域へアクセスすることによって説明されることが見出された。論文の第二部では、密度揺動の周波数スペクトルと乱流流れの帯状成分が、将来の実験解析との比較のために数値的に特徴付けられる。両者とも、O(1)–O(10) kHz の卓越周波数を持つ広帯域の周波数スペクトルを示す。