The heat and particle transport in a DIII-D ITER baseline scenario discharge has been investigated using both linear and nonlinear gyrokinetic simulations performed with the CGYRO code [Candy et al J. Comput. Phys. 2016]. These simulations were used to investigate the role that ion-scale (kθρs < 1.0) and electron-scale (kθρs > 1.0) turbulence play in determining heat and particle transport in the core of conditions believed to directly extrapolate to ITER operation. This investigation spans over nearly half of the plasma minor radius, from ρ = 0.45–0.85. To probe the nature of the transport and turbulence in these conditions and to validate the model against experimental fluxes, scans of , , and a/Ln were performed at all radial locations. Long wavelength turbulence is found to be dominated by ITG modes with strong non-adiabatic electron effects and appears unable to reproduce ion and electron heat fluxes and electron particle fluxes simultaneously at most radial positions when single parameter scans are performed. To investigate the potential role of short wavelength turbulence, a series of electron-scale simulations are performed that indicate that experimentally relevant levels of electron heat flux could arise at sub-ion scales. Quantitative comparison of the simulated fluxes obtained from ion and electron-scale simulations with experimental levels along with the sensitivity of simulations results to changes in inputs is presented. Through extensive sensitivity scans and comparison with multiple transport channels, this work demonstrates a clear need for self-consistent modification of multiple inputs and suggests multi-scale interactions play a significant role at many of the radial locations studied. The results of this analysis help shape our understanding of the model fidelity needed to predict turbulence and transport reactor-relevant conditions and have important implications for the prediction of future fusion devices.
DIII-D ITERベースラインシナリオ放電における熱および粒子輸送は、CGYROコード [Candy et al J. Comput. Phys. 2016] を用いて実行された線形および非線形ジャイロ運動論的シミュレーションの両方を用いて調査された。これらのシミュレーションは、ITER運転に直接外挿されると考えられる条件のコアにおいて、イオンスケール (kθρs < 1.0) および電子スケール (kθρs > 1.0) の乱流が熱および粒子輸送を決定する上で果たす役割を調査するために使用された。この調査は、プラズマ小半径のほぼ半分にわたり、ρ = 0.45–0.85 に及ぶ。これらの条件における輸送と乱流の性質を探り、実験フラックスに対してモデルを検証するために、すべての動径位置で 、 、および a/Ln のスキャンが実行された。長波長乱流は、強い非断熱電子効果を伴うITGモードによって支配されることが見出され、単一パラメータスキャンが実行された場合、ほとんどの動径位置でイオンおよび電子の熱流束と電子の粒子流束を同時に再現できないように思われる。短波長乱流の潜在的な役割を調査するために、一連の電子スケールシミュレーションが実行され、実験的に関連するレベルの電子熱流束がサブイオンスケールで発生し得ることが示された。イオンおよび電子スケールシミュレーションから得られたシミュレーションフラックスと実験レベルとの定量的比較、および入力の変化に対するシミュレーション結果の感度が提示される。広範な感度スキャンと複数の輸送チャネルとの比較を通じて、この研究は複数の入力の自己無撞着な修正の明確な必要性を示し、調査された多くの動径位置でマルチスケール相互作用が重要な役割を果たすことを示唆している。この分析の結果は、炉心関連条件の乱流と輸送を予測するために必要なモデルの忠実度についての理解を形成するのに役立ち、将来の核融合装置の予測に重要な意味を持つ。