A theory of L-mode confinement in toroidal plasmas is developed. The effect of the anomalous transport, which is caused by microscopic fluctuations, on the pressure-gradient-driven modes is analysed. The E*B nonlinearity is renormalized as a form of the transport coefficient such as the thermal diffusivity, the ion viscosity and the current diffusivity. Destabilization by current diffusivity and stabilization by thermal transport and ion viscosity are analysed. By use of the mean-field approximations, the nonlinear dispersion relation is solved. Growth rate and stability conditions are expressed in terms of the renormalized transport coefficients. The transport coefficients in the steady state are obtained by the marginal stability condition for the microscopic ballooning mode in tokamaks. A formula for the anomalous transport is obtained. The role of the pressure gradient in enhancing the anomalous transport is identified. An important role is found for the collisionless skin depth. Effects of geometrical parameters such as the rotational transform and magnetic shear are also quantified. Comparison with experimental observations shows a good agreement in a various aspects of the L-mode confinement, including the dependences on the ion mass, plasma current, internal inductance and reversed shear. The large transport coefficient at the edge is also explained. The typical wavenumber and level of fluctuations for self-sustained turbulence are also obtained.
トロイダルプラズマにおけるLモード閉じ込めの理論を展開する。微視的揺らぎによって引き起こされる異常輸送が、圧力勾配駆動モードに及ぼす効果を解析する。E×B非線形性を、熱拡散係数、イオン粘性係数、電流拡散係数といった輸送係数の形に繰り込む。電流拡散による不安定化と、熱輸送およびイオン粘性による安定化を解析する。平均場近似を用いることにより、非線形分散関係を解く。成長率と安定条件を、繰り込まれた輸送係数を用いて表す。定常状態における輸送係数は、トカマクにおける微視的バルーニングモードの限界安定条件から得られる。異常輸送の式を導出する。圧力勾配が異常輸送を増強する役割を明らかにする。衝突無しスキン深さが重要な役割を果たすことを見出す。回転変換や磁気シアなどの幾何学的パラメータの影響も定量化する。実験観測との比較により、イオン質量依存性、プラズマ電流依存性、内部インダクタンス依存性、逆磁気シア依存性など、Lモード閉じ込めの様々な側面において良い一致が得られる。エッジにおける大きな輸送係数も説明される。自己維持乱流の典型的な波数と揺らぎレベルも得られる。