The impurity effects on turbulent transport induced by ion temperature gradient (ITG) turbulence are numerically studied in tokamak plasmas, using a gyrokinetic quasi-linear model. The characteristics of the instability and heat fluxes in the presence of impurity ions are investigated for a broad parameter regime, including temperature and density gradients of main and impurity ions, concentration, charge and mass numbers of impurity ions, magnetic shear as well as wave vector spectrum. The heat fluxes are demonstrated to depend not only on the saturation amplitude of the instability but also on the phase shift between and . The peaking factor of temperature/density profile, defined as the ratio of major radius to gradient scale length when the total turbulent heat flux equals zero, is fitted with linear/quadratic functions. In addition, the contributions from diagonal and off-diagonal terms to heat fluxes are identified in detail, i.e. the main ion heat diffusion are proved to be dominated by off-diagonal (diagonal) terms for regions of weak (strong) ITG. In general, steep temperature gradients of main ions as well as hollow density profiles of impurity ions significantly enhance instability and heat fluxes. However, it is interesting to find that the effect of impurity ions with positive density gradient may transit from the enhancement to reduction of the quasi-linear heat flux of main ions in regions of steep ITG, corresponding to transport barriers (e.g. pedestal of H-mode and I-mode plasmas). Both strong and weak positive magnetic shear decrease heat transport.
不純物効果による乱流輸送は、トカマクプラズマにおいてジャイロ運動論的準線形モデルを用いて数値的に研究された。イオン温度勾配（ITG）駆動乱流によって誘起される輸送に対する不純物イオンの影響が、広範なパラメータ領域にわたって調査された。このパラメータ領域には、主イオンと不純物イオンの温度勾配および密度勾配、不純物濃度、不純物電荷数、不純物質量数、磁気シア、ならびに波数スペクトルが含まれる。熱輸送は、不安定性の飽和振幅と、揺動量と揺動ポテンシャル間の位相差の両方に依存することが実証された。温度・密度分布のピーキング因子は、全熱輸送がゼロとなる条件から決定され、主イオン温度勾配と不純物密度勾配の線形関数および二次関数としてフィッティングされた。さらに、対角項と非対角項の熱輸送への寄与が詳細に分析された。弱いITG領域では、主イオン熱輸送は非対角項（密度勾配駆動項）によって支配されるのに対し、強いITG領域では対角項（温度勾配駆動項）が支配的となることが明らかにされた。一般に、主イオンの急峻な温度勾配と不純物のホロー密度分布は、不安定性と熱輸送を顕著に強化する。しかしながら、興味深いことに、強いITG領域において、正の不純物密度勾配は主イオン熱輸送を減少させる方向に寄与し得ることが見出された。この現象は、HモードやIモードプラズマのペデスタル領域における輸送障壁の形成に対応する。強磁気シアと弱磁気シアの両方が熱輸送を低減することが確認された。