ITG turbulence in gyrokinetic simulations of high collisionality spherical tokamak plasmas
Notice bibliographique
Résumé
Abstract This paper presents a first detailed gyrokinetic analysis with the goal of understanding the dominant turbulent transport mechanisms and identifying the micro-instabilities present in small-aspect-ratio plasmas in the PI3 device, developed as magnetized target fusion targets. These plasmas are characterized by low temperatures and high collisionality compared to standard tokamaks. Linear and ion-scale nonlinear gyrokinetic flux tube simulations are performed at radial positions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mi>r</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.60</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> , 0.65, 0.70, and 0.75 using the gyrokinetic code CGYRO (Candy et al 2016 J. Comput. Phys. 324 73). Linear stability analysis finds that ion temperature gradient (ITG) modes dominate at ion scales, while electron-temperature gradient modes dominate at electron scales. Trapped electron modes (TEMs) remain stable due to high collisionality. At very low <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>k</mml:mi> <mml:mi>y</mml:mi> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>ρ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , microtearing modes (MTMs) are linearly unstable at all radial locations. In the nonlinear regime, turbulence is driven primarily by ITG modes, which dominate both ion and electron energy fluxes. Interestingly, although MTMs are linearly unstable, they are suppressed in the nonlinear phase, except for a small, negative magnetic flutter contribution at the outer radius ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mi>r</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.75</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> ) that slightly reduces the total electron energy flux. The sensitivity of these instabilities to key plasma parameters is investigated. High collisionality significantly reduces nonlinear turbulent fluxes, and lowering collisionality results in a stronger flux increase than an equivalent increase in plasma beta does. Increasing the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> ratio in the linear analysis stabilizes ITG modes, while simultaneously destabilizing long-wavelength MTMs. Finally, turbulent energy fluxes are compared to neoclassical transport values simulated using NEO (Belli et al 2008 Plasma Phys. Control. Fusion 50 095010), showing transport is anomalous at all radii.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,128 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».