A new three-dimensional numerical simulation of turbulent transport phenomena in an open system controlled by an external heat source and a sink is proposed by virtue of self-consistent calculation of the multi-scale interactions. External heating is applied to an equilibrium including micro-turbulence, and thermal transport due to the turbulence is investigated for a case including small-scale magnetic fluctuation and for a case including not only small-scale but also large-scale magnetic fluctuation by numerically solving a reduced set of two-fluid equations. In the first case turbulent transport controlled by external heating is calculated and profile stiffness in electromagnetic turbulence is examined. In the second case a change in turbulent transport in the presence of a tearing mode, which is large-scale magnetic fluctuation, is examined. In this case multi-scale interactions between micro-turbulence and the tearing mode play the key role in thermal transport. When the tearing mode appears in a quasi-equilibrium including micro-turbulence and zonal flow, the energy spectrum of micro-turbulence is changed so that the energy of the dominant toroidal mode representing micro-turbulence is reduced and the energy of the small toroidal mode increases. At the same time the gradient of ion temperature is reduced and the heat flux increases around the magnetic islands due to the tearing mode.
外部熱源とシンクによって制御された開放系における乱流輸送現象の新たな三次元数値シミュレーションが、マルチスケール相互作用の自己無撞着計算により提案される。外部加熱が微視的乱流を含む平衡状態に適用され、乱流による熱輸送が、小スケールの磁気揺動を含む場合と、小スケールだけでなく大スケールの磁気揺動をも含む場合について、簡約化された二流体方程式を数値的に解くことによって調べられる。第一の場合では、外部加熱によって制御される乱流輸送が計算され、電磁乱流におけるプロファイル剛性が検討される。第二の場合では、大スケールの磁気揺動であるティアリングモードの存在下での乱流輸送の変化が調べられる。この場合、微視的乱流とティアリングモードの間のマルチスケール相互作用が熱輸送において鍵となる役割を果たす。微視的乱流と帯状流を含む準平衡状態にティアリングモードが現れると、微視的乱流を表す卓越トロイダルモードのエネルギーが減少し、小さいトロイダルモードのエネルギーが増加するように、微視的乱流のエネルギースペクトルが変化する。同時に、イオン温度勾配が減少し、ティアリングモードによる磁気島の周囲で熱流束が増加する。