In order to realize high performance burning plasmas in magnetic-confinement fusion devices, such as tokamaks, both bulk plasma transport and that of energetic fusion alpha-particles, which result from different scale fluctuations with different free energy sources, have to be reduced simultaneously. Utilizing the advantage of global toroidal non-linear simulations covering a whole torus, here, we found a new coupling mechanism between the low-frequency micro-scale electromagnetic drift-wave fluctuations regulating the former, while the high-frequency macro-scale toroidal Alfven eigenmode (TAE) regulates the latter. This results from the dual spread of micro-scale turbulence due to the macro-scale TAE not only in wavenumber space representing local eddy size but also in configuration space with global profile variations. Consequently, a new class of turbulent state is found to be established, where the turbulence is homogenized on the poloidal cross-section with exhibiting large-scale structure, which increases fluctuation levels and then both transports, leading to deterioration in the fusion performance.
磁気閉じ込め核融合装置（トカマクなど）において高性能燃焼プラズマを実現するためには、バルクプラズマ輸送と、異なる自由エネルギー源を持つ異なるスケールの揺動に起因する高エネルギー核融合アルファ粒子の輸送の両方を同時に低減する必要がある。全トーラスを覆う大域的トロイダル非線形シミュレーションの利点を活用し、我々は、前者を制御する低周波マイクロスケール電磁ドリフト波揺動と、後者を制御する高周波マクロスケール・トロイダル・アルフヴェン固有モード（TAE）との間の新たな結合メカニズムを発見した。これは、マクロスケールのTAEによるマイクロスケール乱流の二重の広がりに起因するものであり、局所的な渦サイズを表す波数空間だけでなく、大域的プロファイル変動を伴う配位空間においても乱流が広がることを意味する。その結果、ポロイダル断面において乱流が均質化され、大規模構造を示す新たなクラスの乱流状態が確立されることが見出された。これにより揺動レベルが増大し、その結果として輸送が増大して、核融合性能の劣化をもたらす。