Properties of plasma turbulence in the boundary region of magnetically confined plasmas are investigated in three-dimensional full torus numerical simulations of TCV experiments with a lower single null divertor configuration. Simulations are performed using the full-F, isothermal, electromagnetic, gyro-fluid model FELTOR and compare favourable and unfavourable magnetic field directions by inverting the total magnetic field. An analysis of particle transport and intermittent fluctuations, utilizing synthetic field-aligned probes, shows strong ballooning behaviour in cross-field transport. The transport maximum is situated above or below the outboard mid-plane depending on the magnetic field direction, with increased fluctuation level and intermittency near these regions. The three-dimensional simulations further allow us to examine the structure of individual filaments along magnetic field lines and provide a physical interpretation of their parallel dynamics. Examining the fluctuation structures reveals coherent plasma filaments with a poloidal scale length of in the scrape-off layer (SOL) that are not strictly field-aligned. As filaments cross the separatrix, the scale length halves and a time delay is observed along the magnetic field lines. The simulations replicate universal statistical properties of SOL fluctuations observed in experiments, validating the model’s ability to describe turbulence dynamics. These findings provide insights into filament dynamics and their role in cross-field transport, offering a foundation for further validation and extension of gyro-fluid models to include temperature dynamics and plasma–neutral interactions for a more comprehensive description of edge turbulence.
磁場閉じ込めプラズマの境界領域におけるプラズマ乱流の特性は、下部シングルヌルダイバータ配位を持つTCV実験の3次元全トーラス数値シミュレーションにおいて調査される。シミュレーションは、full-F、等温、電磁、ジャイロ流体モデルFELTORを用いて実行され、全磁場を反転させることにより好ましい磁場方向と好ましくない磁場方向を比較する。合成磁場整列プローブを用いた粒子輸送と間欠的変動の解析は、磁場横断輸送における強いバルーニング挙動を示す。輸送最大値は磁場方向に依存して外側中平面の上または下に位置し、これらの領域の近くで変動レベルと間欠性が増加する。3次元シミュレーションにより、磁力線に沿った個々のフィラメントの構造を調べ、それらの平行ダイナミクスの物理的解釈を提供することがさらに可能になる。変動構造を調べると、厳密には磁力線に沿っていない、スクレイプオフ層(SOL)内のポロイダルスケール長 を持つコヒーレントなプラズマフィラメントが明らかになる。フィラメントがセパラトリックスを横切ると、スケール長は半分になり、磁力線に沿って時間遅延が観測される。シミュレーションは、実験で観測されたSOL変動の普遍的統計特性を再現し、乱流ダイナミクスを記述するモデルの能力を検証する。これらの発見は、フィラメントダイナミクスと磁場横断輸送におけるその役割についての洞察を提供し、周辺乱流のより包括的な記述のために温度ダイナミクスとプラズマ-中性粒子相互作用を含めるようジャイロ流体モデルをさらに検証・拡張するための基盤を提供する。