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Three-dimensional computation of drift Alfvén turbulence

B Scott1997年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A transcollisional, electromagnetic fluid model, incorporating the parallel heat flux as a dependent variable, is constructed to treat electron drift turbulence in the regime of tokamak edge plasmas at the L - H transition. The resulting turbulence is very sensitive to the plasma beta throughout this regime, with the scaling with rising beta produced by the effect of magnetic induction to slow the Alfvénic parallel electron dynamics and thereby leave the turbulence in a more robust, non-adiabatic state. Magnetic flutter and curvature have a minor qualitative effect on the turbulence mode structure and on the beta scaling, even when their quantitative effect is strong. Transport by magnetic flutter is small compared to that by the flow eddies. Fluctuation statistics show that while the turbulence shows no coherent structure, it is coupled strongly enough so that neither density nor temperature fluctuations behave as passive scalars. Both profile gradients drive the turbulence, with the total thermal energy transport varying only weakly with the gradient ratio, . Scaling with magnetic shear is pronounced, with stronger shear leading to lower drive levels. Scaling with either collision frequency or magnetic curvature is weak, consistent with their weak qualitative effect. The result is that electron drift turbulence at L - H transition edge parameters is drift Alfvén turbulence, with both ballooning and resistivity in a clear secondary role. The contents of the drift Alfvén model will form a significant part of any useful first-principles computation of tokamak edge turbulence.

日本語訳

非衝突性の電磁流体モデルであって、平行熱流束を従属変数として組み込んだものを構築し、L-H遷移におけるトカマク周辺プラズマの領域での電子ドリフト乱流を扱う。結果として得られる乱流は、この領域全体を通じてプラズマベータに対して非常に敏感であり、ベータの増加に伴うスケーリングは、磁気誘導の効果がアルフヴェン的平行電子ダイナミクスを減速させ、それによって乱流をより頑健な非断熱状態に保つことによって生じる。磁気フラッタと曲率は、定量的な影響が強い場合でも、乱流のモード構造とベータスケーリングに対して定性的にはわずかな影響しか与えない。磁気フラッタによる輸送は、流れ渦による輸送と比較して小さい。ゆらぎ統計は、乱流がコヒーレントな構造を示さないものの、密度ゆらぎも温度ゆらぎも受動スカラーとして振る舞わないほど十分に強く結合していることを示す。両方のプロファイル勾配が乱流を駆動し、全熱輸送は勾配比に対して弱くしか変化しない。磁気シアーによるスケーリングは顕著であり、より強いシアーはより低い駆動レベルをもたらす。衝突周波数または磁気曲率によるスケーリングは弱く、それらの定性的影響が弱いことと一致する。結論として、L-H遷移の周辺パラメータにおける電子ドリフト乱流はドリフト・アルフヴェン乱流であり、バルーニングと抵抗性は明確に二次的な役割を果たす。ドリフト・アルフヴェンモデルの内容は、トカマク周辺乱流の第一原理計算において重要な部分を形成するであろう。

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Alfvén wave
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