In this letter a new operative definition for the turbulence intensity in connection with magnetized plasmas is given. In contrast to previous definitions the new definition satisfies a Fisher–Kolmogorov–Petrovskii–Piskunov type equation. Furthermore, explicit expressions for the turbulence intensity and the turbulence intensity flux, that allow for the first time direct numerical evaluation, are derived. A carefully designed numerical experiment for the case of a tokamak is performed to study the impact of turbulence spreading. The effective turbulence diffusion coefficient is measured to be smaller than the heat conduction coefficient and the turbulence spreading length is found to be of the order of the turbulence correlation length. The results show that turbulence spreading can play a role in the non-local flux gradient relation, or in the scaling of transport coefficients with the normalized Larmor radius, only over lengths scale of the order of the turbulence correlation length. A new turbulence convection mechanism, due to the drift connected with the magnetic field inhomogeneities, is described. The convective flux integrates to zero under the flux surface average unless there is an up–down asymmetry in the tubulence intensity. The latter asymmetry can be generated through a radial inhomogeneity or plasma rotation. It is shown that the turbulence convection can lead to a spreading of the order of the correlation length.
本論文では、磁化プラズマにおける乱流強度に関する新しい操作的定義を与える。従来の定義とは異なり、新しい定義はフィッシャー–コルモゴロフ–ペトロフスキー–ピスクノフ型方程式を満たす。さらに、乱流強度と乱流強度フラックスに対する明示的な式を導出し、これにより初めて直接的な数値評価が可能となる。トカマクの場合について注意深く設計された数値実験を行い、乱流の拡散の影響を調べた。乱流拡散係数は熱伝導係数よりも小さいことが測定され、乱流の拡散長は乱流相関長のオーダーであることが見出された。結果は、乱流の拡散が非局所的フラックス勾配関係、すなわち輸送係数の規格化ラーモア半径に対するスケーリングにおいて、乱流相関長のオーダーの長さスケールにわたってのみ役割を果たし得ることを示している。磁場の不均一性に伴うドリフトに起因する新しい乱流対流機構が記述される。この対流フラックスは、フラックス面平均の下では、乱流強度の上下非対称性が存在しない限りゼロとなる。後者の非対称性は、半径方向の不均一性またはプラズマ回転によって生成され得る。乱流対流が相関長のオーダーの拡散をもたらすことが示される。