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Characterizing core and edge turbulence regimes with fluctuation imaging diagnostics in Wendelstein 7-X

A. von Stechow, S.G. Baek, J.-P. Bähner, S. Ballinger, D. Cipciar, E.M. Edlund, G. Fuchert, O. Grulke, T. Gonda, S.K. Hansen2026年4月Nuclear FusionIF 3出版社

Two density fluctuation imaging systems, phase contrast imaging (PCI) and gas puff imaging (GPI) measure spatially resolved density fluctuations with high time resolution throughout the core plasma (PCI) and in the scrape-off layer (GPI) of the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator. Both systems combined give a comprehensive overview of overall fluctuation levels, spectral properties such as their distribution in frequency and wavenumber space as well as their spatial distribution. These tools are used to assess changes in density turbulence in three representative discharges that transition into stable divertor detachment by different strategies (impurity seeding, density ramping and power starvation). Several general trends are identified when the radiated power fraction is systematically increased: In the plasma edge, the line emission observed by GPI shifts radially inward with a drop in electron temperature, and normalized intensity fluctuation profiles follow this inward shift. Skewness and kurtosis of these edge fluctuations are reduced, indicating a reduction of large intermittent transport events, and poloidal phase velocities decrease in magnitude. These observations are consistent with a reduced power input into the plasma edge and a general reduction of turbulent activity. Core density fluctuation levels remain nearly constant in the impurity seeding scenario, indicating that detachment does not significantly impact turbulence there. However, a strong reduction in the dominant outboard fluctuation phase velocity is observed that deviates from the previous interpretation of neoclassical radial electric field changes, showing that the core plasma is not completely unaffected. In the density ramp and power starvation scenarios, undesirable and irregular large-scale events arise clearly in both diagnostic systems as the radiative fraction is increased. Impurity seeding therefore seems to be a promising strategy on W7-X to achieve detachment without significantly altering core turbulence, especially when targeting a specific operating point in core density and heating power.

日本語訳

2つの密度揺動計測システム、位相コントラストイメージング(PCI)とガスパフイメージング(GPI)は、Wendelstein 7-X(W7-X)ステラレータのコアプラズマ全体(PCI)およびスクレイプオフ層(GPI)において、高い時間分解能で空間分解された密度揺動を計測する。両システムを組み合わせることで、全体的な揺動レベル、周波数および波数空間における分布などのスペクトル特性、ならびに空間分布に関する包括的な知見が得られる。これらのツールを用いて、異なる方策(不純物入射、密度上昇、加熱電力低下)により安定なダイバータ非接触状態へ遷移する3つの放電における密度乱流の変化を評価した。放射パワー割合を系統的に増加させた際に、いくつかの一般的な傾向が特定された:プラズマ端部では、GPIにより観測される線放射が電子温度の低下に伴って径方向内側へシフトし、正規化された強度揺動プロファイルもこの内側へのシフトに追従する。これらの端部揺動の歪度および尖度は減少し、大規模な間欠的輸送事象の低減を示すとともに、ポロイダル位相速度の大きさも減少する。これらの観測結果は、プラズマ端部への入力電力の低減および乱流活動の全体的な抑制と整合する。不純物入射シナリオでは、コア密度揺動レベルはほぼ一定に保たれ、非接触状態がコアの乱流に大きな影響を与えないことを示している。しかし、支配的なアウトボード側揺動の位相速度には大きな減少が観測され、これは従来の新古典論的な径電場変化の解釈から逸脱しており、コアプラズマが完全に影響を受けないわけではないことを示している。密度上昇および加熱電力低下シナリオでは、放射パワー割合の増加に伴い、両計測システムにおいて不規則な大規模事象が明確に出現する。したがって、不純物入射は、特にコア密度と加熱電力を特定の動作点に設定した場合、コア乱流を大きく変化させることなく非接触状態を達成するためのW7-Xにおける有望な方策であると考えられる。

装置

wendelstein-7x高精度(タイトル一致)

wiki

Plasma diagnosticsWendelsteinEdge turbulence

AIによる論文要約

ウェンデルシュタイン7-Xにおけるゆらぎイメージング診断を用いたコア及びエッジ乱流領域の特性評価
JA核融合プラズマの乱流やダイバータデタッチメントに興味がある研究者や学生。特にW7-Xの運転戦略を理解したい方。#W7X #核融合 #乱流 #ダイバータデタッチメント #ゆらぎイメージング
LLM向け: {"Title": "W7-Xにおけるコアとエッジの乱流領域の特性評価", "Authors": "W7-X共同研究チーム", "Research Object…

ウェンデルシュタイン7-X(W7-X)ステラレーターでは、位相差イメージング(PCI)とガスパフイメージング(GPI)を用いて、コアプラズマとスクレイプオフ層の密度ゆらぎを高時間分解能で測定しています。これらを組み合わせることで、乱流のレベル、スペクトル特性、空間分布を包括的に調査できます。本研究では、不純物 seeding、密度上昇、パワー不足の3つの戦略で安定したダイバータデタッチメントに遷移する放電を解析し、一般傾向として、放射パワーが増加するとエッジの輝線が内側にシフトし、ゆらぎの尖度と歪度が減少(間欠的な輸送イベントの低減)、ポロイダル位相速度が低下します。コアのゆらぎレベルは不純物 seeding ではほぼ一定ですが、位相速度が変化し、新古典論的予測から逸脱します。密度上昇やパワー不足では大規模な異常現象が発生します。不純物 seeding はコア乱流に大きな影響を与えずにデタッチメントを達成できる有望な手法です。

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