In this study, global nonlinear electromagnetic gyrokinetic simulations are conducted to investigate turbulence in the internal transport barrier region of the EAST discharge with weakly reversed magnetic shear. Linear simulations reveal two dominant ion temperature gradient (ITG) modes: a higher frequency mode at the q = 1 surface, which dominates in the electrostatic limit, and a lower frequency mode near the surface, which prevails under the experimental β (the ratio of plasma pressure to magnetic pressure). Therefore, electromagnetic effects play a important role in stabilizing ITG modes, and in causing the transition between the most unstable mode at different radial positions. The linear growth rate of the unstable mode in the electrostatic limit is approximately 1.25 times higher than that of the dominant mode in the electromagnetic case. However, in the electromagnetic nonlinear regime, the thermal ion heat conductivity is reduced by at least a factor of 4. This reduction primarily results from nonlinear electromagnetic effects enhancing the shearing effect of zonal flows, thereby further suppressing microturbulence. It is emphasized that the electromagnetic effect on ITG with weak magnetic shear should be included to accurately calculate the turbulent transport.
本研究では、弱い逆転磁気シアを有するEAST放電の内部輸送障壁領域における乱流を調査するために、グローバル非線形電磁ジャイロ運動論シミュレーションを実施した。線形シミュレーションにより、2つの支配的なイオン温度勾配(ITG)モードが明らかになる。すなわち、q=1面における高周波モードで、静電極限において支配的であり、実験的なβ(プラズマ圧力と磁気圧力の比)のもとで優勢となる表面近傍の低周波モードである。したがって、電磁効果はITGモードを安定化させ、異なる半径位置における最も不安定なモード間の遷移を引き起こす上で重要な役割を果たす。静電極限における不安定モードの線形成長率は、電磁的な場合の支配モードのそれより約1.25倍高い。しかしながら、電磁的非線形領域では、熱イオン熱伝導率は少なくとも4分の1に低減される。この低減は、主に非線形電磁効果が帯状フローのせん断効果を強化し、それによって微視的乱流をさらに抑制することに起因する。弱い磁気シアを持つITGに対する電磁効果は、乱流輸送を正確に計算するために含めるべきであることが強調される。