The near-edge region of a tokamak is observed to generate radially propagating, coherent filamentary structures ('blobs'), which transport particles and heat from the confined region and across the scrape-off layer. The distribution of blob sizes may include a currently unresolvable population with radii comparable to the ion gyro-radius. Here, we conduct large-scale numerical simulations to study mechanisms for the creation of ion gyro-scale blobs via the ion kinetic Kelvin–Helmholtz and interchange instabilities, using a hybrid (kinetic ion, fluid electron) model. We present statistics of the sizes of blobs created by these instabilities, and radial particle displacement data. We find that ion gyro-scale blobs constitute a significant portion of the blob population, and that an increase in ion gyro-radius results in an increase in radial transport. Results are contrasted for pure proton plasmas and for 50 : 50 deuterium–tritium mix, relevant to burning plasmas. We conclude that ion kinetic physics plays a significant role in the transport of energy and particles by ion gyro-scale blobs in the near-edge region of low-field tokamaks.
トカマクの端部近傍領域では、コヒーレントなフィラメント状構造（「ブロブ」）が半径方向に伝播し、閉じ込め領域からスクレイプオフ層を横切って粒子と熱を輸送することが観測されている。ブロブのサイズ分布には、ジャイロ半径と同程度の半径を持つ、現在のところ分解不可能な集団が含まれている可能性がある。本稿では、大規模数値シミュレーションを実施し、イオン運動論的ケルビン・ヘルムホルツ不安定性および交換不安定性を介したイオンスケールのブロブ生成機構を調べる。ここでは、ハイブリッドモデル（運動論的イオン、流体電子）を用いる。これらの不安定性によって生成されたブロブのサイズ分布と、半径方向の粒子変位の統計を提示する。その結果、イオンスケールのブロブがブロブ集団のかなりの割合を占め、イオンのジャイロ半径の増加に伴って半径方向の輸送が増大することが明らかになった。結果は、純水素プラズマと、燃焼プラズマに関連する重水素・トリチウム50：50混合プラズマについて比較される。結論として、イオン運動論的効果は、低磁場トカマクの端部近傍領域におけるイオンスケールのブロブによるエネルギーと粒子の輸送に重要な役割を果たすことが示された。