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Global gyrokinetic study of density gradient driven instability in tokamaks: the ubiquitous mode

Sagar Choudhary, Jugal Chowdhury, Gopal Krishna M, Jagannath Mahapatra, Amit K Singh, Rajaraman Ganesh, Laurent Villard2024年8月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The ubiquitous mode is investigated in the linear regime for the first time using a global gyrokinetic model. These modes are driven by the density gradient in trapped electron population but with mode frequency in the ion diamagnetic drift direction, in contrast to the conventional trapped electron mode. The dispersion relation is calculated along with the global mode structure. The ubiquitous mode is quite global although appears at a shorter wavelength (). We show that the main driving mechanism is the density gradient and the temperature gradient has only a modest effect; the mode can persist at higher temperature gradient scenarios making it another possible channel of anomalous transport. The magnetic shear reduces the growth of the mode; while the electron to ion temperature ratio has a nonmonotonic effect on the mode growth rate—growth rate increases initially for the ubiquitous branch of the mode and decreases afterwards as the conventional trapped electron mode starts dominating. The role of safety factor and toroidicity is also analyzed. Finally, a mixing length-based estimation of transport is presented.

日本語訳

ユビキタスモードは、大域的ジャイロ運動論モデルを用いて線形領域で初めて調査される。これらのモードは、捕捉電子集団における密度勾配によって駆動されるが、モード周波数はイオン反磁性ドリフト方向にあり、従来の捕捉電子モードとは対照的である。分散関係は、大域的モード構造とともに計算される。ユビキタスモードは、より短い波長()で現れるが、かなり大域的である。我々は、主な駆動機構が密度勾配であり、温度勾配はわずかな影響しか及ぼさないことを示す。モードはより高い温度勾配のシナリオでも持続し得るため、異常輸送のもう一つの可能な経路となる。磁気シアはモードの成長を減少させる。一方、電子とイオンの温度比はモード成長率に対して非単調な効果を持つ——成長率は、モードのユビキタス分枝では最初に増加し、その後、従来の捕捉電子モードが支配的になり始めるにつれて減少する。安全係数とトロイダリティの役割も解析される。最後に、混合長に基づく輸送の推定が提示される。

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