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Enhanced understanding of non-axisymmetric intrinsic and controlled field impacts in tokamaks

Y. In, J.-K. Park, Y.M. Jeon, J. Kim, G.Y. Park, J.-W. Ahn, A. Loarte, W.H. Ko, H.H. Lee, J.W. Yoo2017年被引用 54Nuclear FusionIF 3出版社

An extensive study of intrinsic and controlled non-axisymmetric field (δB) impacts in KSTAR has enhanced the understanding about non-axisymmetric field physics and its implications, in particular, on resonant magnetic perturbation (RMP) physics and power threshold (Pth) for L–H transition. The n  =  1 intrinsic non-axisymmetric field in KSTAR was measured to remain as low as δB/B0 ~ 4  ×  10−5 even at high-beta plasmas (βN ~ 2), which corresponds to approximately 20% below the targeted ITER tolerance level. As for the RMP edge-localized-modes (ELM) control, robust n  =  1 RMP ELM-crash-suppression has been not only sustained for more than ~90 τE, but also confirmed to be compatible with rotating RMP. An optimal window of radial position of lower X-point (i.e. Rx  =   m) proved to be quite critical to reach full n  =  1 RMP-driven ELM-crash-suppression, while a constraint of the safety factor could be relaxed (q95  =  5 0.25). A more encouraging finding was that even when Rx cannot be positioned in the optimal window, another systematic scan in the vicinity of the previously optimal Rx allows for a new optimal window with relatively small variations of plasma parameters. Also, we have addressed the importance of optimal phasing (i.e. toroidal phase difference between adjacent rows) for n  =  1 RMP-driven ELM control, consistent with an ideal plasma response modeling which could predict phasing-dependent ELM suppression windows. In support of ITER RMP study, intentionally misaligned RMPs have been found to be quite effective during ELM-mitigation stage in lowering the peaks of divertor heat flux, as well as in broadening the 'wet' areas. Besides, a systematic survey of Pth dependence on non-axisymmetric field has revealed the potential limit of the merit of low intrinsic non-axisymmetry. Considering that the ITER RMP coils are composed of 3-rows, just like in KSTAR, further 3D physics study in KSTAR is expected to help us minimize the uncertainties of the ITER RMP coils, as well as establish an optimal 3D configuration for ITER and future reactors.

日本語訳

KSTARにおける非軸対称磁場(δB)の固有および制御された影響に関する広範な研究は、非軸対称磁場物理とその影響、特に共鳴磁場摂動(RMP)物理およびL-H遷移のパワー閾値(Pth)に関する理解を深めた。KSTARにおけるn = 1固有非軸対称磁場は、高ベータプラズマ(βN ~ 2)においてもδB/B0 ~ 4 × 10⁻⁵という低い値に維持されることが測定され、これはITERの目標許容値より約20%低い値に相当する。RMPエッジ局在モード(ELM)制御に関しては、n = 1 RMPによるELMクラッシュ抑制が90τE以上にわたって持続されただけでなく、回転RMPとの両立性も確認された。下部X点の径方向位置(すなわちRx = m)の最適窓は、完全なn = 1 RMP駆動ELMクラッシュ抑制を達成するために極めて重要であることが実証され、一方で安全係数の制約(q95 = 5 ± 0.25)は緩和され得ることが示された。さらに有望な知見として、Rxを最適窓内に配置できない場合でも、以前の最適Rx近傍での系統的走査により、プラズマパラメータの比較的小さな変動で新たな最適窓が得られることが明らかになった。また、n = 1 RMP駆動ELM制御における最適位相(すなわち隣接列間のトロイダル位相差)の重要性を明らかにし、これは位相依存性ELM抑制窓を予測できる理想プラズマ応答モデリングと整合する。ITER RMP研究を支援する観点から、意図的にミスアライメントされたRMPがELM緩和段階においてダイバータ熱流束のピーク低減と「濡れ面積」の拡大に極めて効果的であることが見出された。さらに、非軸対称磁場に対するPth依存性の系統的調査により、低固有非軸対称性の利点の潜在的限界が明らかになった。ITERのRMPコイルがKSTARと同様に3列で構成されていることを考慮すると、KSTARにおけるさらなる3次元物理研究は、ITERのRMPコイルの不確実性を最小化し、ITERおよび将来の核融合炉にとって最適な3次元配位を確立するのに役立つと期待される。

装置

iter中精度(概要文一致)kstar中精度(概要文一致)
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