Local gyrokinetic simulations use a field-aligned domain that twists due to the magnetic shear of the background magnetic equilibrium. However, if the magnetic shear is strong and/or the domain is long, the twist can become so extreme that it fails to properly resolve the turbulence. In this work, we derive and implement the 'non-twisting flux tube,' a local simulation domain that remains rectangular at all parallel locations. Convergence and runtime tests indicate that it can calculate the heat flux more efficiently than the conventional flux tube. For one test case, it was 30 times less computationally expensive and we found no case for which it was more expensive. It is most advantageous when the magnetic shear is high and the domain includes at least two regions of turbulent drive (e.g. stellarator simulations, pedestal simulations, tokamak simulations with several poloidal turns). Additionally, it more accurately models the inboard midplane when the magnetic shear is large. Lastly, we show how the non-twisting flux tube can be generalized to allow further optimization and control of the simulation domain.
局所ジャイロ運動論シミュレーションは、背景磁場平衡の磁気シアによりねじれる磁場に沿った領域を使用する。しかしながら、磁気シアが強い場合や／または領域が長い場合、そのねじれが極端になり、乱流を適切に分解できなくなることがある。本研究では、全ての平行位置において矩形を保つ局所シミュレーション領域である「非ねじれフラックスチューブ」を導出し、実装する。収束性および計算時間のテストにより、従来のフラックスチューブよりも効率的に熱流束を計算できることが示される。あるテストケースでは、計算コストが30分の1に削減され、従来法よりも高コストとなるケースは見られなかった。この手法は、磁気シアが高く、乱流駆動領域が少なくとも2つ存在する場合（例えば、ステラレータシミュレーション、ペデスタルシミュレーション、複数ポロイダルターンを含むトカマクシミュレーション）に最も有利である。さらに、磁気シアが大きい場合のインサイドミッドプレーンのモデル化精度も向上する。最後に、非ねじれフラックスチューブを一般化して、シミュレーション領域のさらなる最適化と制御を可能にする方法を示す。