A quasilinear particle flux is modelled based on gyrokinetic calculations. The particle flux is estimated by determining factors, namely, coefficients of off-diagonal terms and a particle diffusivity. In this paper, the methodology to estimate the factors is presented using a subset of JT-60U plasmas. First, the coefficients of off-diagonal terms are estimated by linear gyrokinetic calculations. Next, to obtain the particle diffusivity, a semi-empirical approach is taken. Most experimental analyses for particle transport have assumed that turbulent particle fluxes are zero in the core region. On the other hand, even in the stationary state, the plasmas in question have a finite turbulent particle flux due to neutral-beam fuelling. By combining estimates of the experimental turbulent particle flux and the coefficients of off-diagonal terms calculated earlier, the particle diffusivity is obtained. The particle diffusivity should reflect a saturation amplitude of instabilities. The particle diffusivity is investigated in terms of the effects of the linear instability and linear zonal flow response, and it is found that a formula including these effects roughly reproduces the particle diffusivity. The developed framework for prediction of the particle flux is flexible to add terms neglected in the current model. The methodology to estimate the quasilinear particle flux requires so low computational cost that a database consisting of the resultant coefficients of off-diagonal terms and particle diffusivity can be constructed to train a neural network. The development of the methodology is the first step towards a neural-network-based particle transport model for fast prediction of the particle flux.
準線形粒子フラックスは、ジャイロ運動論的計算に基づいてモデル化される。粒子フラックスは、非対角項の係数と粒子拡散係数という因子を決定することによって推定される。本論文では、JT-60Uプラズマのサブセットを用いて、この推定手法が提示される。まず、非対角項の係数は線形ジャイロ運動論的計算によって推定される。次に、粒子拡散係数を得るために、半経験的アプローチが採用される。粒子輸送に関するほとんどの実験的解析は、コア領域において乱流粒子フラックスがゼロであると仮定してきた。一方、定常状態においても、対象とするプラズマは中性粒子ビーム入射による有限の乱流粒子フラックスを有する。実験的乱流粒子フラックスと、先に計算された非対角項の係数を組み合わせることにより、粒子拡散係数が得られる。粒子拡散係数は、不安定性の飽和振幅を反映するはずである。粒子拡散係数は、線形不安定性と線形帯状流応答の影響という観点から調査され、これらの影響を含む式が粒子拡散係数を概ね再現することが見出された。粒子フラックス予測のための開発された枠組みは、現在のモデルで無視されている項を追加する柔軟性を有する。準線形粒子フラックスを推定する手法は計算コストが非常に低いため、結果として得られる非対角項の係数と粒子拡散係数からなるデータベースを構築し、ニューラルネットワークを訓練することができる。この手法の開発は、粒子フラックスの高速予測のためのニューラルネットワークベースの粒子輸送モデルへの第一歩である。