Extended theoretical study of E×B flow shear suppression of tokamak turbulence

Abstract

이 논문은 토카막 수송 장벽 물리의 실용적 이슈들에 대한 설명을 제공하고자 하는 목적에서 E×B 흐름 층밀림 유도 난류 억제에 대한 이론적 확장을 수행한다. 첫째로, 기존 이론에서는 고려하지 않았으나 실제로는 빈번하게 관측되는 맴돌이의

초기 틀어짐을 고려하여 E×B 흐름 층밀림의 이 점 이론을 확장한다. E×B 층밀림과 초기 맴돌이 틀어짐의 상대적 방향이 E×B 층밀림 억제의 효율에 있어 중요한 요소임을 규명한다.

둘째로, 잡힌 전자 난류에 대한 적합한 이 점 방정식을 현대적 되튐운동론으로부터 체계적으로 유도한다. E×B 흐름과 자기 세차 표류를 함께 담고 있는 이 방정식은 과거 개별적으로 연구된 바 있는 E×B 층밀림 효과와 자기 세차 표류 층

밀림 효과 간에 공동 작용이 존재함을 자연스럽게 드러낸다. E×B 층밀림과 자기 세차 층밀림 간의 상대적 부호가 공동 작용의 성격을 결정한다.

마지막으로, 공명 자기 섭동이 토카막의 구역 흐름에 미치는 영향을 선회운동론 방정식을 이용해 해석적으로 분석한다. 난류로부터 생성되는 E×B 흐름인 구역흐름은 토카막 자기 구조에서 기인하는 무충돌적 감폭을 겪어 로젠블루스-힌튼 잔

여 수준에 도달한다. 공명 자기 섭동이 도입된 경우 토카막의 구역 흐름은 이 잔여 수준으로부터 장기적 무충돌적 감쇠를 겪게 됨을 밝힌다.

위의 세 가지 이론적 확장들의 실험적 적용을 함께 논의한다. H-모드 전이 문턱의 위-아래 비대칭성, 전자 온도 내부 수송 장벽의 행동 양상, 공명 자기 섭동에따른 H-모드 전이 문턱의 상승의 후보 기작들로서 본 논문의 이론연구 결과들을

제시하고 실험적 입증을 위한 방안을 논의한다.

This thesis aims to extend theory of E×B flow shear induced turbulence suppression to provide explanations to practical issues on transport barrier physics in tokamaks. I extend two-point theory of E×B shear suppression considering tilted turbulence eddies, and identify effect of relative sign of E×B shear and initial tilting on efficiency of turbulence suppression. For trapped electron turbulence, I systematically derive a proper two-point equation, which menifests a synergism between E×B shear and precession shear on turbulence suppression. Finally, I identify resonant magnetic perturbations induced long-term collisionless zonal flow decay by a theoretical study using gyrokinetic equations. I discuss experimental applications and demonstrations of my theoretical works.