We present a gyrokinetic theory of self-generated E × B vortex flows in a magnetic island in a collisionless tokamak plasma with a background vortex flow. We find that the long-term evolution of the self-generated vortex flows can be classified into two regimes by the background vortex flow potential Φ, with an asymptotic criterion given by , where T is temperature, ε is the inverse aspect ratio and r is the radial coordinate. We find that the background vortex flow above the criterion significantly weakens the toroidal precession-induced long-term damping and structure change of the self-generated vortex flows. That is, the finite background vortex flow is beneficial to maintain the self-generated vortex flows, favorable to an internal transport barrier formation. Our result indicates that the island boundary region is a prominent location for triggering the transition to an enhanced confinement state of the magnetic island.
我々は、背景渦流を伴う無衝突トカマクプラズマ中の磁気島における、自己生成された E×B 渦流のジャイロ運動論的理論を提示する。自己生成された渦流の長期発展は、背景渦流ポテンシャル Φ によって二つの領域に分類できることを見出す。その漸近的基準は , で与えられ、ここで T は温度、ε は逆アスペクト比、r は動径座標である。基準以上の背景渦流は、自己生成渦流のトロイダル歳差運動によって誘起される長期減衰と構造変化を著しく弱めることを見出す。すなわち、有限の背景渦流は自己生成渦流を維持するのに有益であり、内部輸送障壁の形成に好適である。我々の結果は、島境界領域が磁気島の閉じ込め改善状態への遷移を誘発する顕著な位置であることを示している。