The first study using multi-scale (coupled ITG/TEM/ETG) gyrokinetic simulations at both reduced and realistic electron mass ratios, μ = (mD/me).5 = 20.0, 40.0 and 60.0, has been performed on a standard, Alcator C-Mod, L-mode discharge. Ion-scale (kθρs ∼ 1.0) and multi-scale (up to kθρe ∼ 0.8) gyrokinetic simulations are compared at different simulated mass ratios to investigate the fidelity of reduced electron mass ratio, multi-scale simulation through direct comparison with realistic mass ratio, multi-scale simulation. Detailed description of both the numerical setup and the turbulent scales required to obtain meaningful coupled ITG/TEM/ETG simulation is presented. Significant high-k driven (TEM/ETG) heat flux is found to exist at scales of approximately kθρe ∼ 0.1 at all mass ratios but can only be obtained by simulation capturing turbulence up to kθρe ∼ 1.0. At slightly reduced mass ratio, μ = 40.0, qualitative agreement with realistic mass simulation can be obtained in the studied discharge, consistent with intuition obtained from linear stability analysis. However, realistic electron mass is required for any robust quantitative comparison with experimental heat fluxes for the condition studied, as significant differences are observed at even slightly reduced electron mass ratio. The details of this numerical study are presented to provide a basis for future studies utilizing coupled ITG/TEM/ETG gyrokinetic simulation.
縮小および現実的な電子質量比の両方において、多スケール（結合ITG/TEM/ETG）ジャイロ運動論シミュレーションを用いた最初の研究が、標準的なAlcator C-Mod Lモード放電に対して実施された。異なるシミュレーション質量比において、イオンスケール（kθρs ∼ 1.0）および多スケール（最大kθρe ∼ 0.8）ジャイロ運動論シミュレーションを比較し、現実的な質量比の多スケールシミュレーションとの直接比較を通じて、縮小電子質量比の多スケールシミュレーションの忠実度を調査した。有意義な結合ITG/TEM/ETGシミュレーションを得るために必要な数値設定と乱流スケールの両方の詳細な記述が提示される。すべての質量比において、kθρe ∼ 0.1程度のスケールで有意な高k駆動（TEM/ETG）熱流束が存在することが見出されたが、これは最大kθρe ∼ 1.0までの乱流を捕捉するシミュレーションによってのみ得ることができる。わずかに縮小された質量比μ = 40.0では、研究対象の放電において現実的な質量比シミュレーションとの定性的一致が得られ、これは線形安定性解析から得られる直感と整合する。しかしながら、研究対象の条件に対する実験熱流束との頑健な定量的比較には現実的な電子質量が必要であり、わずかに縮小された電子質量比でも有意な差異が観察される。本数値研究の詳細は、結合ITG/TEM/ETGジャイロ運動論シミュレーションを利用した将来の研究のための基礎を提供するために提示される。