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L-mode SOL width scaling in the MAST spherical tokamak

J-W Ahn, G F Counsell, A Kirk2006年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A new data-set of outboard mid-plane scrape-off layer (SOL) heat flux widths, Δh, has been constructed for L-mode plasmas in the MAST spherical tokamak (ST). The scaling with key plasma parameters such as density, toroidal magnetic field, parallel connection length in the SOL and surface heat flux at the separatrix is investigated. An empirical scaling is developed for the Δh data-set, which exhibits a strong positive dependence on both the connection length (or edge safety factor) and density and weak or moderate inverse dependences on the surface heat flux and magnetic field, respectively. The empirical scaling is compared with earlier results for a range of tokamaks with conventional geometry, which show weaker dependence on the density and edge safety factor. Importantly, however, the weak negative dependence on the surface heat flux (and thus heating power) is common in both conventional and ST geometries. The experimental data are also used to test a number of dimensionally correct Δh scalings developed from theoretical models for perpendicular transport in the SOL coupled with classical transport parallel to the magnetic field. A scaling based on perpendicular transport driven by resistive MHD interchange provides the best fit, although several models are close. A subset of the better fitting theoretical scalings are used to extrapolate for Δh in one design for a future burning ST machine and finally to predict the peak heat loading on the outboard divertor target plate.

日本語訳

LモードプラズマにおけるMAST球状トカマク(ST)の外側中平面スクレイプオフ層(SOL)熱流束幅Δhの新しいデータセットが構築された。密度、トロイダル磁場、SOLにおける平行接続長、セパラトリックスにおける表面熱流束などの主要パラメータとのスケーリングが調査された。Δhデータセットに対して経験的スケーリングが開発され、これは接続長(またはエッジ安全係数)と密度の両方に強い正の依存性を示し、表面熱流束と磁場にはそれぞれ弱いまたは中程度の負の依存性を示す。この経験的スケーリングは、従来型幾何学形状の一連のトカマクに対する先行結果と比較され、それらは密度とエッジ安全係数に対するより弱い依存性を示す。しかしながら、重要なことに、表面熱流束(したがって加熱パワー)に対する弱い負の依存性は、従来型幾何学形状とST幾何学形状の両方に共通である。実験データはまた、磁場に平行な古典輸送と結合したSOLにおける垂直輸送の理論モデルから開発された、次元的に正しい複数のΔhスケーリングを検証するために使用された。抵抗性MHDによって駆動される垂直輸送に基づくスケーリングが最も良い適合を示すが、いくつかのモデルが近い結果を示す。より良く適合する理論スケーリングのサブセットは、将来の燃焼ST装置の一設計におけるΔhを外挿し、最終的に外側ダイバータ標的板へのピーク熱負荷を予測するために使用された。

装置

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Scrape-off layerSpherical tokamakMASTL-mode
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