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Overview of results and possibilities for fast particle research on JET

J. Pamela, D. Stork, E. Solano, Yu.F. Baranov, D. Borba, C.D. Challis, H.P.L. de Esch, R.D. Gill, A. Gondhalekar, V. Kiptily2002年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

The large physical size of the JET tokamak, its heating systems and diagnostics, and its capability to operate with full deuterium-tritium (D-T) plasmas, including high-power tritium neutral beam injection (NBI), give it unique possibilities in fast particle research in fusion plasmas. These have already been used to generate significant (2-3 MW level) power in fusion α-particles in the 1997 D-T campaign. Recent JET experiments have concentrated on two important scenarios of relevance to next-step tokamak devices: the ELMy H-mode plasmas and plasmas with strong internal transport barriers (ITBs). The achieved progress will help in preparation for a possible second D-T experiment on JET. Fast particle studies have also been carried out recently using ion cyclotron resonanceheating (ICRH)-accelerated particles and external-excitation methods to study Alfvén eigenmodes (AEs). Looking towards the future, the capability of JET will be enhanced by upgrades to the NBI system, ICRH system and various diagnostics. Results of the first JET D-T experiment (DTE1) form a basis on which to elaborate a second D-T experiment (DTE2) which could be proposed after these enhancements. The α-physics part of this programme would be divided between the investigation of α-particle confinement, heating and loss processes in the `integrated scenarios' (where the discharge is as close as possible to an ITER-relevant scenario), and dedicated `α-physics' experiments, with specially prepared plasmas. In ELMy H-mode plasmas the fusion performance could reach Q( = Pfusion/Pinput) of ~0.33 at the highest combined heating powers, corresponding to ⟨βα⟩~6×10-4, allowing a test of the margins of TAE stability in quasi-steady-state conditions. The integrated-scenario fast particle programme could concentrate on the instabilities and heating in plasma regimes with strong steady-state ITBs, with expected Q values ~0.58 and ⟨βα⟩~2×10-3, demonstrating the compatibility of these operating scenarios with α-effects. Excitation of TAEs by α-particles in the plasma core could also be studied in such integrated scenarios. An issue which will receive attention is the confinement of MeV energy ions in the centre of ITB plasmas with strongly reversed shear, where the low current density in the centre may lead to the α-particles entering loss orbits. In preparation for a D-T campaign, studies of triton burn-up in deuterium ITB plasmas will begin in the 2002 experimental campaigns. Special `afterglow' experiments to measure TAEs after the termination of the (stabilizing) NBI have already been explored in JET deuterium ITB scenarios and would be planned for DTE2. It is intended to develop special versions of ITB plasmas with dominant ion heating which would maximize the sensitivity to degradation of α-heating effects.

日本語訳

JETトカマクの物理的サイズの大きさ、その加熱システムと診断装置、そして高出力トリチウム中性粒子ビーム入射(NBI)を含む完全重水素-トリチウム(D-T)プラズマでの運転能力は、核融合プラズマにおける高速粒子研究に独自の可能性を与えている。これらの能力は、1997年のD-Tキャンペーンにおいて、核融合α粒子による有意な出力(2〜3 MWレベル)の生成にすでに活用されている。最近のJET実験は、次段階のトカマク装置に関連する2つの重要なシナリオに集中している:ELMy Hモードプラズマと、強い内部輸送障壁(ITB)を有するプラズマである。達成された進展は、JETでの可能性のある2回目のD-T実験の準備に役立つであろう。高速粒子研究はまた、イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)で加速された粒子と外部励起法を用いて、アルヴェン固有モード(AE)を研究するために最近実施されている。将来を見据えると、JETの能力は、NBIシステム、ICRHシステム、および各種診断装置のアップグレードによって強化されるであろう。最初のJET D-T実験(DTE1)の結果は、これらのアップグレード後に提案され得る2回目のD-T実験(DTE2)を詳述するための基礎を形成する。このプログラムのα物理の部分は、「統合シナリオ」(放電が可能な限りITER関連シナリオに近いもの)におけるα粒子の閉じ込め、加熱、および損失過程の調査と、特別に準備されたプラズマを用いた専用の「α物理」実験との間で分割されるであろう。ELMy Hモードプラズマでは、最大の複合加熱出力において核融合性能はQ(= Pfusion/Pinput)≈0.33に達し、準定常状態でのTAE安定性の限界を試験することを可能にする⟨βα⟩≈6×10⁻⁴に対応する。統合シナリオの高速粒子プログラムは、強い定常ITBを有するプラズマ状態での不安定性と加熱に集中し、期待されるQ値≈0.58および⟨βα⟩≈2×10⁻³で、これらの運転シナリオのα効果との両立性を実証するであろう。プラズマコアにおけるα粒子によるTAEの励起も、そのような統合シナリオで研究され得る。強い逆転シアを有するITBプラズマの中心におけるMeVエネルギーイオンの閉じ込めが注目すべき問題であり、そこでは中心部の低電流密度がα粒子の損失軌道への進入をもたらす可能性がある。D-Tキャンペーンの準備として、重水素ITBプラズマにおけるトリトンバーンアップの研究が2002年の実験キャンペーンで開始されるであろう。(安定化)NBIの終了後のTAEを測定する特別な「アフターグロー」実験は、JET重水素ITBシナリオですでに探索されており、DTE2に向けて計画されるであろう。α加熱効果の劣化に対する感度を最大化する、支配的なイオン加熱を有するITBプラズマの特別バージョンを開発することが意図されている。

装置

jet高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

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JETFusion Advanced Studies Torus
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