Existence of finite and anisotropic heavy ion parallel compressibility pinch in the gyrokinetic turbulence

物理 湍流 缩放比例 各向异性 压缩性 回旋动理学 反向 离子 平流 等离子体 级联 电子 原子物理学 量子力学 机械 几何学 托卡马克 色谱法 数学 化学
作者
Shi Xu,Shinya Maeyama,T.‐H. Watanabe
出处
期刊:Physical review research [American Physical Society]
卷期号:4 (4) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevresearch.4.043156
摘要

Turbulence-driven heavy ion transport in hot magnetized plasma is investigated by means of the gyrokinetic theory and simulations. A finite heavy ion parallel compressibility pinch (${\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}_{s,\ensuremath{\parallel}}$) is found in the gyrokinetic framework, in contrast to the conventional understanding that ${\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}_{s,\ensuremath{\parallel}}$ is negligible. A perturbation theory clarifies the turbulence frequency dependence of ${\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}_{s,\ensuremath{\parallel}}$, resolving the discrepancy with experimental observations. It is also predicted by a nonlocal approach of the parallel advection term that ${\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}_{s,\ensuremath{\parallel}}$ is strongly anisotropic on a magnetic surface. The parameter dependence shows that decreasing the heavy ion mass ${m}_{s}$ strongly enhances ${\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}_{s,\ensuremath{\parallel}}$ through kinetic effects, leading to a deviation from the $1/{m}_{s}$ scaling. Moreover, the pinch direction can be reversed in nonlinear trapped electron mode turbulence through the inverse cascade.

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