Due to foreseen improvement of neoclassical confinement in optimised stellarators—like the newly commissioned Wendelstein 7-X (W7-X) experiment in Greifswald, Germany—it is expected that turbulence will significantly contribute to the heat and particle transport, thus posing a limit to the performance of such devices. In order to develop discharge scenarios, it is thus necessary to develop a model which could reliably capture the basic characteristics of turbulence and try to predict the levels thereof. The outcome will not only be affordable, using only a fraction of the computational cost which is normally required for repetitive direct turbulence simulations, but would also highlight important physics. In this model, we seek to describe the ion heat flux caused by ion temperature gradient (ITG) micro-turbulence, which, in certain heating scenarios, can be a strong source of free energy. With the aid of a relatively small number of state-of-the-art nonlinear gyrokinetic simulations, an initial critical gradient model (CGM) is devised, with the aim to replace an empirical model, stemming from observations in prior stellarator experiments. The novel CGM, in its present form, encapsulates all available knowledge about ion-driven 3D turbulence to date, also allowing for further important extensions, towards an accurate interpretation and prediction of the 'anomalous' transport. The CGM depends on the stiffness of the ITG turbulence scaling in W7-X, and implicitly includes the nonlinear zonal flow response. It is shown that the CGM is suitable for a 1D framework turbulence modeling.
最適化されたステラレーター——例えばドイツのグライフスヴァルトにある新しく運転開始されたWendelstein 7-X（W7-X）実験——における新古典輸送の改善が予想されるため、乱流が熱と粒子の輸送に大きく寄与することが期待され、それによってそのような装置の性能に制限が課されることになる。放電シナリオを開発するためには、乱流の基本的特性を確実に捉え、そのレベルを予測できるモデルを開発することが必要となる。その成果は、反復的な直接乱流シミュレーションに通常必要とされる計算コストのほんの一部で済むだけでなく、重要な物理を浮き彫りにすることにもなる。このモデルでは、イオン温度勾配（ITG）微視的乱流によって引き起こされるイオン熱流束を記述することを目指す。これは、特定の加熱シナリオにおいて、強い自由エネルギーの源となり得る。少数の最先端の非線形ジャイロ運動論シミュレーションの助けを借りて、初期臨界勾配モデル（CGM）が考案され、これは以前のステラレーター実験での観測に由来する経験的モデルを置き換えることを目的とする。新しいCGMは、その現在の形において、イオン駆動の3次元乱流に関するこれまでの知識をすべて包含し、さらに重要な拡張を可能にし、『異常』輸送の正確な解釈に向けたものである。CGMは、W7-XにおけるITG乱流の剛性に依存し、非線形帯状流応答を暗黙的に含む。CGMが1次元枠組みの乱流モデリングに適していることが示される。