A direct implicit ion polarization gyrokinetic full f particle-in-cell approach is implemented with kinetic electrons in global tokamak transport simulations. The method is applicable for calculations of rapid transients and steep gradients in the plasma, which is made feasible by recording the charge density change by the ion polarization drift together with the particle advancing. The code has been successfully validated against the linear and nonlinear predictions of the unstable mode growth rates and frequencies and their turbulent saturation level. A first global validation of the neoclassical radial electric field in the presence of turbulence for a heated collisional tokamak plasma is obtained. The neoclassical radial electric field together with the related geodesic acoustic mode oscillations is found to regulate the turbulence and heat and particle diffusion levels in a large aspect ratio tokamak at low plasma current.
直接陰解法によるイオン分極ジャイロ運動論的全粒子（PIC）法を、大域的トカマク輸送シミュレーションにおいて運動論的電子とともに実装した。本手法は、プラズマ中の高速過渡現象や急峻な勾配の計算に適用可能であり、これはイオン分極ドリフトによる電荷密度変化を粒子の前進とともに記録することで実現される。本コードは、不安定モードの成長率と周波数、およびその乱流飽和レベルに関する線形・非線形予測に対して検証に成功した。加熱された衝突性トカマクプラズマにおける乱流存在下での大域的径電場の初めての検証結果が得られた。乱流と熱・粒子拡散レベルを調整する径電場は、低プラズマ電流・大アスペクト比トカマクにおいて、関連する測地線音響モード振動とともに見出された。