Contemporary predictive models for heat and particle transport in tokamak plasmas are based on the assumption that local fluxes can be described in terms of local plasma parameters, where electromagnetic drift-wave-type turbulence is driven by local gradients and results in cross-field transport. The question of whether or not transport could be dominated by non-local terms in certain circumstances is essential for our understanding of transport in magnetically confined plasmas, and critical for developing predictive models for future tokamaks, such as ITER. Perturbative transport experiments using cold-pulse injections at low density seem to challenge the local closure of anomalous transport: a rapid temperature increase in the core of the plasma following a sharp edge cooling is widely observed in tokamaks and helical devices. Past work in Ohmic plasmas in Alcator C-Mod and in ECH plasmas in KSTAR found that the temperature inversions disappear at higher densities, above the intrinsic toroidal rotation reversal density. These observations suggested that the so-called 'non-local' heat transport effects were related to the intrinsic rotation reversal, and therefore to changes in momentum transport. In this work, new experiments and analysis at Alcator C-Mod show that intrinsic rotation reversals and disappearance of temperature inversions are not concomitant in Ohmic plasmas at high plasma current and in ICRH L-modes. This new data set shows that the correlation between transient temperature inversions and intrinsic rotation reversals is not universal, suggesting that 'non-local' heat transport and momentum transport effects may be affected by different physical mechanisms.
現代のトカマクプラズマにおける熱・粒子輸送の予測モデルは、局所フラックスが局所プラズマパラメータによって記述できるという仮定に基づいており、そこでは電磁ドリフト波型乱流が局所勾配によって駆動され、その結果として断面方向輸送が生じる。輸送が特定の状況下で非局所項によって支配され得るかどうかという問題は、磁場閉じ込めプラズマにおける輸送の理解にとって本質的であり、ITERのような将来のトカマクの予測モデルを構築する上で極めて重要である。低密度での冷パルス注入を用いた摂動輸送実験は、局所閉鎖の仮定に疑問を投げかけている。すなわち、トカマクやヘリカル装置において、端部の急激な冷却に続いてプラズマ中心部の温度が急速に上昇する現象が広く観測されている。Alcator C-ModにおけるオーミックプラズマとKSTARにおけるECHプラズマでの過去の研究では、温度反転は固有トロイダル回転反転密度よりも高い密度では消失することが見出された。これらの観測結果は、いわゆる「非局所的」熱輸送効果が固有回転反転と関連しており、したがって運動量輸送の変化と結びついていることを示唆していた。本研究では、Alcator C-Modにおける新しい実験と解析により、高プラズマ電流のオーミックプラズマおよびICRH Lモードにおいて、固有回転反転と温度反転の消失は同時には起こらないことを示す。この新しいデータセットは、過渡的な温度反転と固有回転反転の相関が普遍的ではないことを示しており、「非局所的」熱輸送効果と運動量輸送効果が異なる物理メカニズムの影響を受ける可能性を示唆している。