Turbulent transport and zonal flow (ZF) dynamics in the mixed kinetic ballooning mode (KBM) and ion temperature gradient (ITG) mode dominated turbulence states are analyzed by gyrokinetic simulations based on the experimental observations of KBMs in the HL-2A Internal Transport Barrier (ITB) plasmas with weak magnetic shear configuration. Results have shown that KBMs and ITGs are the main candidates for turbulent transport and the inclusion of fast ions (FIs) can destabilize both instabilities, which is resulted by the decrease of ballooning parameter αMHD hence reduced Shafranov shift stabilization due to the negative FI density gradient, making them more unstable according to the -αMHD diagram. In addition, the ITGs are suppressed by both dilution and finite-β stabilization effects caused by FIs. Nonlinear simulations excluding the effects of FIs indicate that the transport is minimum at as the turbulence predominated by ITGs is strongly suppressed by the nonlinear electromagnetic (EM) stabilization and enhancement of ZFs. However, the transport is further increased with βe although the ZFs become stronger due to the transition from ITG to KBM dominated turbulence state. The presence of FIs can modify the relation between ZF shearing rate and βe. The transport level is insensitive to βe when but increases significantly because of the KBM destabilization. Meanwhile, the ZF amplitude reaches maximum at whereas it suffers an erosion at higher values, implying that the plasma might be a self-organized critical state owning to the interactions among ZFs, KBMs and FI effects hence setting the plasma β around βexp. The results have also provided a possible explanation that the destabilization of EM turbulence is responsible for the ion heat transport stiffness under weak magnetic shear configurations in the off-axis neutral beam injection heated ITB plasmas on HL-2A.
弱磁気シア配位を有するHL-2A内部輸送障壁（ITB）プラズマにおけるKBMの実験観測に基づくジャイロ運動論シミュレーションにより、運動論的バルーニングモード（KBM）とイオン温度勾配（ITG）モードが支配的な乱流状態における乱流輸送と帯状流（ZF）ダイナミクスが解析された。結果は、KBMとITGが乱流輸送の主な候補であり、高速イオン（FI）の存在が両不安定性を不安定化させ得ることを示している。これは、負のFI密度勾配によるバルーニングパラメータαMHDの減少がシャフラノフシフト安定化を低減させることに起因し、-αMHDダイアグラムに従ってそれらをより不安定にする。さらに、ITGはFIによる希釈効果と有限β安定化効果の両方によって抑制される。FIの効果を除外した非線形シミュレーションは、ITGが支配的な乱流が非線形電磁（EM）安定化とZFの増強により強く抑制されるため、輸送が において最小となることを示している。しかし、ITGからKBM支配の乱流状態への遷移によりZFがより強くなるにもかかわらず、βeの増加とともに輸送はさらに増加する。FIの存在はZFのせん断率とβeの関係を修正し得る。輸送レベルは、 のときβeに鈍感であるが、KBMの不安定化により有意に増加する。一方、ZF振幅は で最大に達するが、より高い値では侵食を受け、ZF、KBM、FI効果間の相互作用によりプラズマが自己組織化臨界状態にある可能性があり、したがってプラズマβをβexp付近に設定することを示唆している。また、これらの結果は、HL-2Aのオフ軸中性粒子ビーム加熱ITBプラズマにおける弱磁気シア配位下でのイオン熱輸送の剛性に、電磁乱流の不安定化が関与しているという可能な説明を提供する。