In this work, we investigate the dynamics of plasma blobs in the edge of magnetic confinement devices using a full-f gyrokinetic particle-in-cell code with X-point geometry. In simulations, the evolution of a seeded blob is followed as it approaches a naturally-forming zonal shear layer near the separatrix, where the blob is stabilized by a large spin induced by the self-consistent adiabatic electron response, and blob bifurcation and trapping are observed during the cross-field propagation of blobs. A new theoretical explanation in both the zonal free and zonal shear layer is constructed, where the dominant spin motion is included. A theoretical condition for a transport barrier induced by the interaction between spinning blobs and the zonal shear layer is obtained, and its scaling is verified with simulations. The new theoretical framework, especially the transport barrier, is applicable to explain and predict various experimental phenomena. In particular, the transport barrier condition calculated with experimental parameters demonstrates that the blob radial transport for H mode is smaller than L mode in experiments.
本研究では、X点形状を有するfull-fジャイロ運動論的粒子インセルコードを用いて、磁気閉じ込め装置の周辺部におけるプラズマブロブのダイナミクスを調査する。シミュレーションでは、シードされたブロブの時間発展を、セパラトリックス近傍で自然形成される帯状シア層に接近する際に追跡する。そこでは、ブロブは自己無撞着な断熱電子応答によって誘起される大きなスピンによって安定化され、ブロブの分岐と捕捉がブロブの横断磁場伝播中に観察される。帯状流のない領域と帯状シア層の両方における新しい理論的説明が構築され、そこでは支配的なスピン運動が含まれる。スピンするブロブと帯状シア層との相互作用によって誘起される輸送障壁の理論的条件が得られ、そのスケーリングはシミュレーションで検証される。新しい理論的枠組みは、特に輸送障壁が、さまざまな実験現象を説明・予測するために適用可能である。特に、実験パラメータを用いて計算された輸送障壁条件は、実験においてHモードのブロブ径方向輸送がLモードよりも小さいことを示す。