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Impact of rotating magnetic islands on density profile flattening and turbulent transport

D. Zarzoso, W.A. Hornsby, E. Poli, F.J. Casson, A.G. Peeters, S. Nasr2015年被引用 23Nuclear FusionIF 3出版社

The impact of rotating magnetic islands on background radial profiles in the presence of strong turbulent transport is analysed, with particular emphasis on island widths of the order of 6–10 ion Larmor radii. Only the case of ion temperature gradient (ITG) turbulence is considered. A significant reduction of fluctuations is found when island and turbulence co-rotate and the island width is of the order of the radial correlation length of turbulence. This reduction is not due to a flattening of ion temperature, suggesting an additional mechanism. A nonlinear transfer of energy from small to large scale structures might be responsible for the stabilization at a scale close to the radial correlation length of turbulence. It is shown that in the presence of intermediate magnetic islands rotating in the ion diamagnetic direction the density flattening survives the radial turbulent transport, representing a destabilizing effect for a magnetic island in terms of bootstrap current. However, this flattening is not necessarily due to an adiabatic response of trapped ions. Owing to the fast parallel motion of electrons, their temperature is always flattened. Finally, when the island width is large enough (island width greater than 18 ion Larmor radii), the standard profile flattening leading to a linear stabilization of turbulence dominates over the other mechanisms.

日本語訳

回転磁気島が、強い乱流輸送の存在下で背景の径方向プロファイルに及ぼす影響を解析した。特に、島幅がイオンラーマー半径の6〜10倍のオーダーである場合に焦点を当てている。イオン温度勾配(ITG)乱流のみを考慮した。島と乱流が同方向に回転し、島幅が乱流の径方向相関長と同程度の場合、変動の有意な低減が見られる。この低減はイオン温度の平坦化によるものではなく、別のメカニズムの存在を示唆している。小規模から大規模構造への非線形エネルギー輸送が、乱流の径方向相関長に近いスケールでの安定化に寄与している可能性がある。イオン反磁性方向に回転する中間規模の磁気島が存在する場合、密度平坦化は径方向の乱流輸送に対して生き残り、ブートストラップ電流の観点から磁気島に対して不安定化効果をもたらすことが示される。しかし、この平坦化は必ずしも捕捉イオンの断熱応答によるものではない。電子の高速な平行運動により、電子温度は常に平坦化される。最後に、島幅が十分に大きい場合(イオンラーマー半径の18倍以上)、標準的なプロファイル平坦化による線形成長の安定化が他のメカニズムよりも支配的になる。

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Density profilesMagnetic islandsTurbulent transport
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