A global, gyro-kinetic nonlinear study of the ubiquitous mode (UM) for Lithium Tokamak eXperiment (LTX)-like profiles, under flat electron and ion temperature scenarios is conducted using a global gyrokinetic model. Exact MHD equilibria with circular shapes are considered. In contrast to conventional trapped electron modes (TEM), where the mode rotates in the electron diamagnetic drift direction, the collision-less TEM branch associated with UMs exhibits a mode rotation in the direction of ion diamagnetic drift. The dispersion relations and mode structures for both UMs and conventional TEMs are computed through linear analysis, revealing that UMs become unstable for toroidal mode numbers n > 17 (). Nonlinear simulations are performed to study the turbulence driven by UMs. The results show weak zonal flow (ZF) excitation, suggesting that the ZF shearing rate plays a limited role in the saturation mechanism of microturbulence. ZFs are further examined for the effects of temperature gradients (), however, only an insignificant change is observed. One interesting observation is a natural shift of the dynamics from the UM dominated linear and quasilinear regime to the TEM dominated nonlinear regime, with characteristic high-n to low-n ‘inverse cascade’ typical of the quasi-2D nature of tokamak turbulence. Mode coupling and inverse cascading are identified as the dominant mechanisms driving turbulence saturation.
リチウムトカマク実験(LTX)に類似したプロファイルに対するユビキタスモード(UM)の大域的ジャイロ運動論的非線形研究が、平坦な電子・イオン温度シナリオの下で、大域的ジャイロ運動論モデルを用いて実施された。円形形状を持つ正確なMHD平衡が考慮される。モードが電子反磁性ドリフト方向に回転する従来の捕捉電子モード(TEM)とは対照的に、UMに関連する無衝突TEM分枝は、イオン反磁性ドリフト方向へのモード回転を示す。UMと従来のTEMの両方について、分散関係とモード構造が線形解析によって計算され、UMがトロイダルモード数 n > 17 () で不安定になることが明らかにされた。UMによって駆動される乱流を研究するために、非線形シミュレーションが実行された。結果は弱い帯状流(ZF)励起を示し、ZFせん断速度が微視的乱流の飽和機構において限られた役割しか果たさないことを示唆している。ZFは温度勾配 () の影響についてさらに調べられたが、有意でない変化が観察されたのみである。興味深い観察結果の1つは、UMが支配的な線形・準線形領域からTEMが支配的な非線形領域へのダイナミクスの自然な遷移であり、トカマク乱流の準2次元的性質に典型的な高nから低nへの『逆カスケード』を伴うことである。モード結合と逆カスケードが、乱流飽和を駆動する主要なメカニズムとして特定された。