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Scaling laws of density fluctuations at high-k on Tore Supra

P Hennequin, R Sabot, C Honoré, G T Hoang, X Garbet, A Truc, C Fenzi, A Quéméneur2004年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Anomalous transport in tokamaks is generally attributed to turbulent fluctuations. Since a large variety of modes are potentially unstable, a wide range of short-scale fluctuations should be measured, with wavenumbers from kρi ∼ 0.1 to kρi ≫ 1. In the Tore Supra tokamak, a light scattering experiment has made possible fluctuation measurements in the medium- and high-k domains where a transition in the k-spectrum is observed: the fluctuation level decreases much faster than usual observations, typically with a power law S(k) ≡ k−6. A scan of the ion Larmor radius shows that the transition wavenumber scales with ρi around kρi ∼ 1.5. This transition indicates that a characteristic length scale should be involved to describe the fluctuation nonlinear dynamics in this range. The resulting very low level of fluctuations at high-k does not support a strong effect of turbulence driven by the electron temperature gradient. For this gyroradius scan, the characteristics of turbulence also exhibit a good matching with predictions from gyro-Bohm scaling: the typical scale length of turbulence scales with the ion Larmor radius, the typical timescales with a/cs; the turbulence level also scales with ρi, according to the mixing length rule.

日本語訳

トカマクにおける異常輸送は、一般に乱流揺動に起因すると考えられている。多種多様なモードが不安定化され得るため、波数がkρi ∼ 0.1からkρi ≫ 1に及ぶ広範囲の短波長揺動を測定する必要がある。Tore Supraトカマクにおいて、光散乱実験により中波数領域および高波数領域での揺動測定が可能となり、kスペクトルにおける遷移が観測された:揺動レベルは通常の観測結果よりもはるかに速く減少し、典型的には波数に対してS(k) ≡ k⁻⁶のべき乗則に従う。イオンラーマー半径の走査により、遷移波数がρiに比例してスケールし、kρi ∼ 1.5付近に位置することが示された。この遷移は、この波数領域における乱流の非線形ダイナミクスを記述する際に、特性長スケールを考慮する必要があることを示唆している。高波数領域における揺動レベルの極めて低い値は、電子温度勾配によって駆動される乱流が強い影響を及ぼすという見解を支持しない。このラーマー半径走査において、乱流の特性はジャイロボームスケーリングの予測と良好な一致を示した:乱流の特性長スケールはイオンラーマー半径ρiに比例し、特性時間スケールはa/csに比例し、揺動レベルもまた混合長則に従ってρiに比例してスケールする。

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Tore SupraDensity fluctuation
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