The impact of electron inertia on edge-localized mode (ELM) simulations using the BOUT++ six-field two-fluid model is investigated in this work. Electron inertia is found to have a negligible effect on the simulated linear growth rates under typical tokamak edge plasma conditions. Further analysis based on the ideal magnetohydrodynamic model indicates that the destabilizing effect of electron inertia (as a high-order term) could be overestimated unless the related low-order terms, such as the electron pressure gradient term, are considered as priors. For nonlinear simulations with toroidally axisymmetric parallel current evolution, the ELM burst can be successfully simulated without additional hyper-resistivity by including electron inertia. The size of the simulated ELM lies between those simulated with a constant hyper-resistivity of 10−14 and 10−13. Radial spectrum analysis demonstrates that during the nonlinear phase, when the high-wavenumber components regarding the formation of narrow current sheets become considerable, the effect of electron inertia is non-negligible. It is found that the dominant dissipation mechanism is electron momentum convection and the effect can be represented by spatiotemporally varying effective hyper-resistivity, with the highest value in the range between 10−14 and 10−13. Furthermore, it is also found that computational efficiency during the nonlinear phase can be improved when electron inertia is included.
本研究では、BOUT++ 六場二流体モデルを用いた周辺局在モード (ELM) シミュレーションに対する電子慣性の影響を調査する。電子慣性は、典型的なトカマク周辺プラズマ条件下でのシミュレーションされた線形成長率に無視できる影響しか与えないことが見出された。理想磁気流体力学モデルに基づくさらなる解析は、電子慣性の不安定化効果（高次項として）は、電子圧力勾配項などの関連する低次項が先行して考慮されない限り、過大評価される可能性があることを示している。トロイダル方向に軸対称な平行電流の発展を含む非線形シミュレーションでは、電子慣性を含めることにより、追加の超抵抗率なしで ELM バーストを首尾よくシミュレートできる。シミュレーションされた ELM の規模は、一定の超抵抗率 10⁻¹⁴ と 10⁻¹³ でシミュレートされたものの間にある。径方向スペクトル解析により、非線形位相中に、薄い電流シートの形成に関わる高波数成分が重要になると、電子慣性の影響は無視できないことが実証される。支配的な散逸機構は電子運動量対流であり、その影響は、最高値が 10⁻¹⁴ から 10⁻¹³ の範囲にある時空間的に変化する実効超抵抗率によって表すことができることが見出される。さらに、電子慣性を含めると、非線形位相中の計算効率が向上することも見出される。