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Global gyrokinetic simulation of ion temperature gradient driven turbulence in plasmas using a canonical Maxwellian distribution

机译：使用规范麦克斯韦分布的离子温度梯度驱动等离子体中湍流的整体陀螺动力学模拟

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A new gyrokinetic toroidal particle code has been developed to study the ion temperature gradient (ITG) driven turbulence in reactor relevant tokamak parameters. We use a new method based on a canonical Maxwellian distribution F_(CM)(P_φ,ε,μ), which is defined by three constants of motion in the axisymmetric toroidal system―the canonical angular momentum P_φ, the energy ε, and the magnetic moment μ. A quasi-ballooning representation enables linear and nonlinear high-m, n global calculations to be carried out, with a good numerical convergence. Conservation properties are improved by using optimized particle loading. From comprehensive linear global analyses over a wide range of unstable toroidal mode numbers (n = 0―100) in large tokamak parameters (a/ρti = 320―460), it is found that the reversed shear configuration produces an effective stabilizing effect on the ITG mode in the q_(min)region through global effects. In the nonlinear simulation, it is found that the new method based on F_(CM) can simulate a zonal flow damping correctly; and spurious zonal flow oscillations, which are observed in a conventional method based on a local Maxwellian distribution F_(LM)(ψ,ε,μ) do not appear in the nonlinear regime.
机译：已经开发了一种新的动涡旋环形粒子代码，以研究反应堆相关托卡马克参数中离子温度梯度（ITG）驱动的湍流。我们使用基于规范麦克斯韦分布F_（CM）（P_φ，ε，μ）的新方法，该方法由轴对称环形系统中的三个运动常数定义，即规范角动量P_φ，能量ε和磁场力矩μ。准气球表示法可以进行线性和非线性的高m，n全局计算，并且具有良好的数值收敛性。通过使用优化的颗粒负载可以改善保存性能。通过在较大的托卡马克参数（a /ρti= 320〜460）中对各种不稳定的环形模态数（n = 0〜100）进行全面的线性全局分析，发现反向剪切构型可以有效地稳定滑模。通过全局效应在q_（min）区域中的ITG模式。在非线性仿真中，发现基于F_（CM）的新方法可以正确模拟区域流阻尼。在传统的基于局部麦克斯韦分布F_（LM）（ψ，ε，μ）的方法中观察到的杂散区域流振荡和杂散流振荡没有出现在非线性状态中。

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