In this paper, the background physics of the isotope effects in the ion internal transport barrier (ITB) are discussed in detail. An heuristic criterion for the ITB strength is defined based on the nonlinear dependence of the ion thermal diffusivity on the local ion temperature in the L-mode phase. Comparing deuterium plasmas and hydrogen plasmas, two isotope effects on the ion ITB are clarified: stronger ITBs formed in the deuterium plasmas and an ITB concomitant edge confinement degradation in the hydrogen plasmas. Principal component analysis reveals that the ion ITB becomes strong when a high input power normalized by the line averaged electron density is applied and electron density profile is peaked. A gyrokinetic simulation suggests that the ITB profile is determined by the ion temperature gradient driven turbulence, while the way the profile saturates in L-mode plasmas is unknown. In the electron density turbulence behavior, a branch transition is observed, where the increasing trend in turbulence amplitude against the ITB strength is flipped to a decreasing trend across the ITB formation. The radial electric field structure is measured by the charge exchange recombination spectroscopy system. It is found that the radial electric field shear plays a minor role in determining the ITB strength.
本論文では、イオン内部輸送障壁（ITB）における同位体効果の背景物理について詳細に議論する。ITB強度に対する発見的基準は、Lモード相におけるイオン熱拡散係数の局所イオン温度への非線形依存性に基づいて定義される。重水素プラズマと水素プラズマを比較すると、イオンITBに関する2つの同位体効果が明らかになる：重水素プラズマではより強いITBが形成され、水素プラズマでは周辺部の閉じ込め劣化を伴うITBが形成される。主成分分析により、線平均電子密度で規格化された高い入力電力が印加され、電子密度分布がピーク化した場合に、イオンITBが強くなることが明らかになる。ジャイロ運動論的シミュレーションは、ITB分布がイオン温度勾配駆動乱流によって決定されることを示唆する一方、Lモードプラズマにおける分布の飽和の仕方は未解明である。電子密度乱流挙動においては、ITB形成に伴って乱流振幅のITB強度に対する増加傾向が減少傾向に反転する、分岐遷移が観測される。動径電場構造はチャージ交換再結合分光システムによって測定される。動径電場シアはITB強度の決定において副次的な役割しか果たさないことが見出される。