Flux-tube (local) gyrokinetic codes are widely used to simulate drift-wave turbulence in magnetic confinement devices. While a large number of studies show that flux-tube codes provide an excellent approximation for turbulent transport in medium-large devices, it still needs to be determined whether they are sufficient for modeling supra-thermal particle effects on core turbulence. This is called into question given the large temperature of energetic particles (EPs), which makes them hardly confined on a single flux-surface, but also due to the radially broad mode structure of EP-driven modes. The primary focus of this manuscript is to assess the range of validity of flux-tube codes in modeling fast ion effects by comparing radially global turbulence simulations with flux-tube results at different radial locations for realistic JET parameters using the gyrokinetic code GENE. To extend our study to a broad range of different plasma scenarios, this comparison is made for four different plasma regimes, which differ only by the profile of the ratio between the plasma kinetic and magnetic pressure. The latter is artificially rescaled to address the (i) electrostatic limit and regimes with (ii) marginally stable, (iii) weakly unstable and (iv) strongly unstable fast ion modes. These EP-driven modes are identified as Alfvénic ion temperature gradient modes (AITG)/kinetic beta-induced Alfvén eigenmodes (KBAE) via linear ORB5 and LIGKA simulations. It is found that the local flux-tube simulations can recover well the global results only in the electrostatic and marginally stable cases. When the AITG/KBAE becomes linearly unstable, the local approximation fails to correctly model the radially broad fast ion mode structure and the consequent global zonal patterns. According to this study, global turbulence simulations are likely required in regimes with linearly unstable AITG/KBAEs. In conditions with different fast ion-driven modes, these results might change.
フラックスチューブ（局所）ジャイロ運動論コードは、磁場閉じ込め装置におけるドリフト波乱流をシミュレーションするために広く使用されている。多くの研究が、フラックスチューブコードが中大型装置における乱流輸送に対して優れた近似を提供することを示している一方で、それらがコア乱流に対する超熱的粒子効果をモデル化するのに十分であるかどうかは未だ決定されていない。これは、高エネルギー粒子（EP）の高温がそれらを単一のフラックス面上に閉じ込めることを困難にしていること、またEP駆動モードの半径方向に広いモード構造のために疑問視されている。本稿の主な焦点は、ジャイロ運動論コードGENEを用いて、現実的なJETパラメータに対する異なる半径位置での半径方向にグローバルな乱流シミュレーションとフラックスチューブ結果を比較することにより、高速イオン効果のモデル化におけるフラックスチューブコードの有効範囲を評価することである。我々の研究を様々なプラズマシナリオの広い範囲に拡張するために、この比較は、プラズマ運動圧と磁気圧の比のプロファイルのみが異なる4つの異なるプラズマ領域に対して行われる。後者は、（i）静電極限、および（ii）臨界安定、（iii）弱不安定、（iv）強不安定な高速イオンモードを持つ領域に対処するために人為的に再スケーリングされる。これらのEP駆動モードは、線形ORB5およびLIGKAシミュレーションにより、アルフヴェン的イオン温度勾配モード（AITG）/運動論的ベータ誘起アルフヴェン固有モード（KBAE）として同定される。局所フラックスチューブシミュレーションは、静電および臨界安定の場合にのみ、グローバル結果をよく再現できることが見出された。AITG/KBAEが線形不安定になると、局所近似は、半径方向に広い高速イオンモード構造とその結果生じるグローバルな帯状パターンを正しくモデル化できない。この研究によれば、線形不安定なAITG/KBAEを持つ領域では、グローバル乱流シミュレーションが必要となる可能性が高い。異なる高速イオンモ動モードを持つ条件では、これらの結果は変わる可能性がある。