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ETG turbulent transport in the Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) pedestal

P.-Y. Li, D.R. Hatch, B. Chapman-Oplopoiou, S. Saarelma, C.M. Roach, M. Kotschenreuther, S.M. Mahajan, G. Merlo, the MAST Team2024年Nuclear FusionIF 3出版社

The results of a gyrokinetic analysis of turbulent transport driven by the electron temperature gradient (ETG) in the MAST pedestal are presented. Local nonlinear simulations from the gyrokinetic code, GENE, show that heat flux produced by ETG turbulence is 10%–30% of the total applied heating power in the upper pedestal and pedestal top during both the pre-edge-localized mode (ELM) (80%–99% inter-ELM period) and post-ELM (0%–20%) periods. Increasing strongly with the ETG, the ETG transport appears to be stiff. Considering radiation losses, ion thermal transport, and the strong sensitivity of the transport to the ETG, we propose that ETG transport is a plausible mechanism mediating the inter-ELM temperature profile on MAST. Cognizant of the possibility that sharp variations in the pedestal profiles may violate the local approximation, we conducted global nonlinear simulations; the results are in good agreement with local simulations except near the pedestal top, where extended radial structures and high transport levels (far beyond experimental) develop in the local simulations. We quantify and parameterize the discrepancy between local and global simulations by calculating the ratio of the radial correlation length to a length scale representative of the profile curvature. When this ratio is sufficiently small, local and global simulations agree as expected.

日本語訳

MASTペデスタルにおける電子温度勾配(ETG)によって駆動される乱流輸送のジャイロ運動論的解析の結果を示す。ジャイロ運動論コードGENEによる局所非線形シミュレーションは、ETG乱流によって生成される熱流束が、ELM前(ELM間期間の80%~99%)およびELM後(0%~20%)の両方の期間において、上部ペデスタルおよびペデスタル頂部での総印加加熱パワーの10%~30%であることを示している。ETGとともに強く増大するETG輸送は、硬直的(スティフ)であるように見える。放射損失、イオン熱輸送、および輸送のETGに対する強い感度を考慮すると、我々はETG輸送がMASTにおけるELM間温度プロファイルを媒介する妥当な機構であると提案する。ペデスタルプロファイルの急激な変化が局所近似に違反する可能性を認識し、我々は大域的(グローバル)非線形シミュレーションを実施した。その結果は、局所シミュレーションにおいて拡張された動径構造と(実験値をはるかに超える)高い輸送レベルが発達するペデスタル頂部付近を除いて、局所シミュレーションと良く一致する。我々は、動径相関長とプロファイル曲率を代表する長さスケールとの比を計算することにより、局所シミュレーションと大域シミュレーションの間の不一致を定量化し、パラメータ化する。この比が十分に小さい場合、局所シミュレーションと大域シミュレーションは期待どおり一致する。

装置

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PedestalSpherical tokamakMASTTurbulent transportElectron temperature gradient
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