Previously the gyrokinetic neoclassical code XGCa found that the pressure balance (or momentum balance) in the diverted scrape-off layer (SOL) does not follow that from the fluid description based on the Chew–Goldberger–Low (CGL) theory. In this paper a gyrocenter parallel momentum moment equation is derived for pressure balance (or momentum balance) in a tokamak SOL, for use in interpreting this difference. The new gyrocenter-fluid pressure balance equation allows identifying from the XGCa code results which physical processes dominate the setting of pressure variation in the scrape-off layer. This pressure balance equation is applied to the simulation of a DIII-D H-mode discharge, with a lower ion collisionality in the SOL, and the Coulomb and atomic collisions are not strong enough to yield a detached divertor plasma. It is found that the total pressure balance is much better matched using the gyrocenter parallel momentum moment equation. Electrons are shown to be dominantly adiabatic, while ions have multiple contributions to pressure balance, including terms originating from particle drifts. These results show that in strong gradient, low collisionality regions of the SOL, the typical fluid reductions miss important effects captured in the gyrokinetic model.
以前の研究では、ジャイロ運動論的新古典コードXGCaにより、ダイバータ配位のスクレイプオフ層（SOL）における圧力バランス（または運動量バランス）が、Chew–Goldberger–Low（CGL）理論に基づく流体描像に従わないことが見出された。本論文では、トカマクSOLにおける圧力バランス（または運動量バランス）を解釈するために、ジャイロ中心の平行運動量モーメント方程式を導出する。新たなジャイロ中心流体圧力バランス方程式により、XGCaの計算結果から、スクレイプオフ層における圧力変動の形成を支配する物理過程を特定することが可能となる。この圧力バランス方程式を、SOLにおけるイオン衝突頻度が低いDIII-DのHモード放電シミュレーションに適用する。この条件下では、クーロン衝突および原子衝突は、ダイバータプラズマの非接触状態を生じさせるほど強くはない。ジャイロ中心の平行運動量モーメント方程式を用いることで、全圧力バランスがはるかに良好に一致することが見出された。電子は支配的に断熱的である一方、イオンはドリフトに起因する項を含む複数の寄与を圧力バランスに有することが示される。これらの結果は、SOLの強い勾配・低衝突頻度領域において、標準的な流体簡約化では、ジャイロ運動論モデルが捕捉する重要な効果を見落とすことを示している。