5.1.3
Dust Particle Dynamics in Fusion Devices,
Experimental Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.2 Theoretical Aspects and Numerical Simulations
of Dust-Related Phenomena in Magnetic Fusion Devices . . . . . . . 99
5.2.1
Dust Particle Dynamics in Fusion Devices,
Theoretical Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2.2
Numerical Simulations of Dust Particle Dynamics
and Dust Impact on Edge Plasma Parameters . . . . . . . . . 105
5.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6
Fluid Description of Edge Plasma Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.1 Hierarchy and Closure of the Fluid Equations . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.2 Collisionless Cross-Field Components of Energy
and Momentum Fluxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.3 21-Moment Grad Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.4 The Electron Heat Transport in a Weakly Collisional Regime . . . 126
6.5 Fluid Description of Neutrals in Edge Plasmas . . . . . . . . . . . . . . 130
6.6 Anomalous Effects in Edge Plasma Transport Equations . . . . . . . 132
6.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7
Anomalous Cross-Field Transport in Edge Plasma . . . . . . . . . . . . . 139
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7.2 Linear Theory of Edge Plasma Instabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.2.1
Collisionless Drift Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.2.2
Localized Drift Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
7.2.3
Dissipative Drift Wave Instabilities in Slab Geometry . . . 147
7.2.4
Destabilizing Effect of Ion Temperature Gradient . . . . . . 151
7.2.5
Plasma Instabilities Driven by Toroidal Effects . . . . . . . 153
7.2.6
Interchange and Resistive Interchange Modes . . . . . . . . 157
7.2.7
Electromagnetic Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
7.2.8
Effect of “Open” Magnetic Field Lines . . . . . . . . . . . . . 165
7.2.9
Impact of Magnetic Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2.10 Impact of Plasma “Macro- and Mesoscale” Flows . . . . . 172
7.3 Nonlinear Effects and Anomalous Transport . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3.1
Generation of Sheared Plasma Flow Via Plasma
Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.3.2
“Blobs” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.3
3D Edge Plasma Turbulence Modeling . . . . . . . . . . . . . 191
7.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
xii
Contents