A promising operational regime of future fusion reactors is characterized by an edge transport barrier, i.e. a localized steepening of density and temperature gradients. Typically, such a barrier is unstable and relaxes quasi-periodically. In this work, we show that complete barrier relaxation cycles can be reproduced by three-dimensional turbulence simulations. In these simulations, a barrier forms due to an imposed E × B shear flow. This barrier relaxes intermittently on the confinement time scale, even if fluctuations of the E × B flow are suppressed. It is found here that if the E × B shear increases faster than linearly with heating power, the relaxation frequency decreases with power. A relaxation event has a complex dynamical behaviour, characterized by the intermittent growth of a mode at the barrier centre. A crucial ingredient in this non-linear dynamics is a time delay for an effective E × B velocity shear stabilization.
将来の核融合炉の有望な運転領域は、エッジ輸送障壁、すなわち密度勾配と温度勾配の局所的な急峻化によって特徴づけられる。典型的には、このような障壁は不安定であり、準周期的に緩和する。本研究では、完全な障壁緩和サイクルが三次元乱流シミュレーションによって再現できることを示す。これらのシミュレーションでは、印加されたE × Bシア流によって障壁が形成される。この障壁は、E × B流の変動が抑制された場合でも、閉じ込め時間スケールで間欠的に緩和する。ここで見出されたのは、E × Bシアが加熱パワーに対して線形よりも速く増大する場合、緩和周波数はパワーとともに減少するということである。緩和事象は複雑な動的挙動を示し、障壁中心におけるモードの間欠的成長によって特徴づけられる。この非線形動力学における決定的な要素は、有効なE × B速度シア安定化に対する時間遅延である。