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Experiments on excitation of Alfvén eigenmodes by alpha-particles with bump-on-tail distribution in JET DTE2 plasmas

S.E. Sharapov, H.J.C. Oliver, J. Garcia, D.L. Keeling, M. Dreval, V. Goloborod'Ko, Ye.O. Kazakov, V.G. Kiptily, Ž. Štancar, P.J. Bonofiglo2023年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Dedicated experiments were performed in JET DTE2 plasmas for obtaining an α-particle bump-on-tail (BOT) distribution aiming at exciting Alfvén eigenmodes (AEs). Neutral beam injection-only heating with modulated power was used so that fusion-born α-particles were the only ions present in the MeV energy range in these DT plasmas. The beam power modulation on a time scale shorter than the α-particle slowing down time was chosen for modulating the α-particle source and thus sustaining a BOT in the α-particle distribution. High-frequency modes in the toroidicity-induced Alfven eigenmode (TAE) frequency range and multiple short-lived modes in a wider frequency range have been detected in these DT discharges with interferometry, soft x-ray cameras, and reflectometry. The modes observed were localised close to the magnetic axis, and were not seen in the Mirnov coils. Analysis with the TRANSP and Fokker-Planck FIDIT codes confirms that α-particle distributions with BOT in energy were achieved during some time intervals in these discharges though no clear correlation was found between the times of the high-frequency mode excitation and the BOT time intervals. The combined magneto-hydrodynamic (MHD) and kinetic modelling studies show that the high-frequency mode in the TAE frequency range is best fitted with a TAE of toroidal mode number n= 9. This mode is driven mostly by the on-axis beam ions while the smaller drive due to the pressure gradient of α-particles allows overcoming the marginal stability and exciting the mode (Oliver et al 2023 Nucl. Fusion submitted). The observed multiple short-lived modes in a wider frequency range are identified as the on-axis kinetic AEs predicted in Rosenbluth and Rutherford (1975 Phys. Rev. Lett.34 1428).

日本語訳

JET DTE2プラズマにおいて、アルファ粒子のバンプ・オン・テール(BOT)分布を得てAlfvén固有モード(AE)を励起することを目的とした専用実験が実施された。変調出力による中性粒子ビーム入射のみの加熱を用いることで、これらのDTプラズマにおいてMeVエネルギー範囲に存在するイオンは核融合由来のアルファ粒子のみとした。ビーム出力変調は、アルファ粒子の減速時間よりも短い時間スケールで行い、アルファ粒子源を変調してアルファ粒子分布にBOTを持続させることを選択した。トロイダル性誘起Alfvén固有モード(TAE)周波数範囲の高周波モードと、より広い周波数範囲における複数の短寿命モードが、これらのDT放電において干渉計、軟X線カメラ、反射計により検出された。観測されたモードは磁気軸近傍に局在しており、Mirnovコイルでは観測されなかった。TRANSPおよびFokker-Planck FIDITコードを用いた解析により、これらの放電のいくつかの時間間隔において、エネルギーに関するBOTを持つアルファ粒子分布が達成されたことが確認されたが、高周波モード励起の時期とBOT時間間隔との間に明確な相関は見られなかった。複合的な磁気流体力学(MHD)および運動論的モデリング研究により、TAE周波数範囲の高周波モードは、トロイダルモード数n=9のTAEに最もよく適合することが示された。このモードは主に軸上のビームイオンによって駆動され、アルファ粒子の圧力勾配によるより小さな駆動が、臨界安定性を克服してモードを励起することを可能にする(Oliver et al 2023 Nucl. Fusion submitted)。より広い周波数範囲で観測された複数の短寿命モードは、Rosenbluth and Rutherford (1975 Phys. Rev. Lett.34 1428)で予測された軸上の運動論的AEとして同定される。

装置

jet高精度(タイトル一致)

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JETAlfvén waveAlfvén eigenmode
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