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Characterizing time intermittency in non-diffusive fast ion transport through plasma turbulence

F Manke, M Baquero-Ruiz, I Furno, O Chellaï, A Fasoli, P Ricci2020年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Turbulent fast ion transport has been investigated in astrophisycal, laboratory and fusion plasmas. When gyro- and drift-averaging across plasma structures manifest as non-markovian and non-local effects, this results in generally non-diffusive transport. The intermittency of the formation of these plasma structures, such as blobs, can potentially be reflected in the transport of the fast ions as well. In the TORPEX basic plasma device, a toroidal beam of suprathermal Li-6 ions is injected into electrostatic plasma turbulence. Conditional sampling techniques confirm turbulent E × B-drifts as physical driving mechanism of radial fast ion transport, which features sub-, super- or quasi-diffusive regimes depending on the fast ion energy and propagation time. To address the question of how far local intermittency is associated with each regime, we analyze characteristics of time-intermittency on an extensive set of local fast ion time-series across all observed regimes. Modeling the time-average fast ion profiles as the result of a meandering smaller instantaneous beam allows us to predict the skewness of such time-series based on their time-average. Comparisons with the skewness of simple two-valued time-series can yield relative indications towards certain transport regimes in our specific system, based on the differences in the size of the instantaneous fast ion beam.

日本語訳

乱流高速イオン輸送は、天体物理、核融合、および実験室プラズマにおいて研究されてきた。ジャイロ平均およびドリフト平均がプラズマ構造を横切って適用されると、非マルコフ的かつ非局所的な効果として現れ、その結果、一般的に非拡散的輸送が生じる。このようなプラズマ構造(例えばブロブ)の形成の間欠性は、高速イオンの輸送にも反映され得る。TORPEX基礎プラズマ装置において、超熱的Li-6イオンのトロイダルビームが静電乱流中に注入された。条件付きサンプリング手法により、乱流E×Bドリフトが動径方向の高速イオン輸送の物理的駆動機構であることが確認され、その輸送は高速イオンのエネルギーと伝播時間に依存して、亜拡散的、超拡散的、または準拡散的レジームを示す。各レジームに局所的な間欠性がどの程度関連しているかを明らかにするため、全観測レジームにわたる広範な局所高速イオン時系列データを用いて、時間間欠性の特性を解析した。時間平均された高速イオンプロファイルを、より小さい瞬間的なビームの結果としてモデル化することで、そのような時系列の歪度を時間平均に基づいて予測することが可能となった。単純な二値時系列の歪度との比較は、瞬間的な高速イオンビームのサイズの差異に基づいて、特定のシステムにおける特定の輸送レジームへの相対的な指標を与えることができる。

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