Turbulent transport of impurity ions with hollow density profiles (HDPs), which are widely observed in magnetically confined plasmas and desirable for fusion reactor, is self-consistently investigated. A full gyrokinetic description is employed for main and impurity ions. Instead of conventional ion temperature gradient (ITG, including impurity ITG) and trapped electron modes (TEMs), impurity modes (IMs), driven by impurity ion density gradient opposite to that of electrons, are considered. The impurity ion flux induced by IMs is shown to be approximately one order of magnitude higher than that induced by TEMs when both kinds of modes coexist. Main ITG and electron temperature gradient (ETG) are found to reduce influx of impurity ions significantly, resembling temperature screening effect of neoclassical transport of impurity ions. The simulation results such as peaking factor of the HDPs and the effects of main ITG are found in coincidence with the evidence observed in argon injection experiment on HL-2A tokamak. Thus, the IM turbulence is demonstrated to be a plausible mechanism for the transport of impurity ions with HDPs. A strong main ITG, ETG, and a low electron density gradient are expected to be beneficial for sustainment of HDPs of impurity ions and reduction of impurity accumulation in core plasma.
磁化プラズマ中で広く観測され、核融合炉にとって望ましい中空密度分布（HDPs）を有する不純物イオンの乱流輸送を、自己無撞着に調査した。主イオンおよび不純物イオンに対しては、完全ジャイロ運動論的記述を採用した。従来のイオン温度勾配（ITG、不純物ITGを含む）や捕捉電子モード（TEMs）の代わりに、電子の密度勾配と逆向きの不純物イオン密度勾配によって駆動される不純物モード（IMs）を考察した。IMsによって誘起される不純物イオン束は、両モードが共存する場合、TEMsによって誘起されるものより約1桁大きいことが示された。主ITGおよび電子温度勾配（ETG）は、不純物イオンの新古典輸送における温度スクリーニング効果に類似して、不純物イオンの内向き束を有意に低減することが見出された。HDPsのピーキング因子や主ITGの効果などのシミュレーション結果は、HL-2Aトカマクにおけるアルゴン注入実験で観測された証拠と一致することが判明した。したがって、IM乱流はHDPsを有する不純物イオンの輸送に対する有力なメカニズムであることが実証された。強い主ITG、ETG、および低い電子密度勾配は、不純物イオンのHDPsの維持とコアプラズマにおける不純物蓄積の低減に有利であると期待される。