Removal of helium ash and the anomalous transport of deuterium (D) and tritium (T) ions driven by collisionless trapped electron mode (CTEM) turbulence in tokamak plasmas with weak magnetic shear are studied. We derive the eigenvalue of CTEM with helium ash, and calculate the quasi-linear turbulent fluxes of helium ash, D and T ions simultaneously. Based on the analytical results, the parametric dependence of CTEM instability as well as the anomalous transport of helium ash and D-T ions is investigated, in order to explore the parameter region that is favorable for expelling more helium ash than D and T ions. It is found that helium ash with higher temperature and steeper density profile plays a role of destabilizing CTEM instability, and has higher transport level than that of T ions. We also find that increasing electron temperature and flattening electron density profile are favorable for exhausting helium ash. Isotopic effects (i.e. increasing the fraction of T ions) enhance the transport of both helium ash and D-T ions. Moreover, the trend of stronger transport level of helium ash than that of D-T ions is enhanced by raising electron temperature and flattening electron density profile as well as isotopic effects. Besides, the diffusivity is much larger than the convection. This indicates that the CTEM turbulence driven helium ash transport is favorable for removing helium ash under the parameter region used in the present paper. The possible relevance of our theoretical results to experimental observations is also discussed.
弱い磁気シアを持つトカマクプラズマにおける無衝突捕捉電子モード(CTEM)乱流によって駆動されるヘリウム灰の除去と、重水素(D)およびトリチウム(T)イオンの異常輸送を研究した。我々はヘリウム灰を含むCTEMの固有値を導出し、ヘリウム灰、DおよびTイオンの準線形乱流フラックスを同時に計算する。解析結果に基づき、DおよびTイオンよりも多くのヘリウム灰を排出するのに有利なパラメータ領域を探求するために、CTEM不安定性のパラメータ依存性とともに、ヘリウム灰およびD-Tイオンの異常輸送を調査する。より高い温度とより急峻な密度分布を持つヘリウム灰はCTEM不安定性を不安定化する役割を果たし、Tイオンよりも高い輸送レベルを持つことが見出された。また、電子温度を上昇させ、電子密度分布を平坦化することがヘリウム灰の排出に有利であることも見出した。同位体効果(すなわちTイオンの割合の増加)は、ヘリウム灰とD-Tイオンの両方の輸送を強化する。さらに、ヘリウム灰がD-Tイオンよりも強い輸送レベルを持つという傾向は、電子温度の上昇と電子密度分布の平坦化、および同位体効果によって強化される。その上、拡散係数は対流よりもはるかに大きい。これは、本論文で用いたパラメータ領域の下では、CTEM乱流によって駆動されるヘリウム灰輸送がヘリウム灰の除去に有利であることを示している。我々の理論的結果の実験的観測との関連性の可能性についても議論する。