Direct causality analysis of the multi-scale interactions among macro-scale tearing mode (TM), meso-scale geodesic acoustic mode (GAM) and small-scale turbulence in the edge plasma of the HL-2A tokamak utilizing transfer entropy (TE) method is reported. Experimental results have demonstrated that the (m/n) = (2/1) (with m and n being the poloidal and toroidal mode numbers, respectively) TM modulates the turbulence with the frequency range of f = 50–150 kHz and the GAM mainly modulates that with higher frequencies. The TM has both amplitude and phase modulation on turbulence energy while the GAM has only amplitude regulation effect. TE analyses have shown that both TM and GAM will modulate the turbulence energy during which the impact of the former is of about an order magnitude larger than the latter, whereas the causal effect of TM on particle transport is about twice that of the GAM, which is due to the different causal effects on density and electric field fluctuations caused by TM and GAM, respectively. It is suggested that the magnetic fluctuation strongly modulates the Reynolds stress which serves as a mediator, leading to a cooperative interaction between TM and GAM in the edge of tokamak plasmas.
直接因果性解析を用いて、HL-2Aトカマクの周辺プラズマにおけるマクロスケールのティアリングモード（TM）、メソスケールの測地線音響モード（GAM）、および小スケールの乱流の間の多スケール相互作用について報告する。実験結果は、(m/n) = (2/1)（ここでmとnはそれぞれポロイダルモード数とトロイダルモード数である）TMが周波数f = 50–150 kHzの乱流を変調し、GAMが主にそれより高い周波数の乱流を変調することを実証した。TMは乱流エネルギーに対して振幅変調と位相変調の両方を有する一方、GAMは振幅変調効果のみを有する。TE解析により、TMとGAMの両方が乱流エネルギーを変調し、前者の影響は後者よりも約1桁大きいことが示された。一方、粒子輸送に対するTMの因果効果はGAMの約2倍であり、これはTMとGAMがそれぞれ密度揺動と電場揺動に及ぼす因果効果の違いに起因する。磁気揺動がレイノルズ応力を強く変調し、それが媒介となって、トカマク周辺プラズマにおけるTMとGAMの協同的相互作用が生じることが示唆される。