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Control and dissipation of runaway electron beams created during rapid shutdown experiments in DIII-D

E.M. Hollmann, M.E. Austin, J.A. Boedo, N.H. Brooks, N. Commaux, N.W. Eidietis, D.A. Humphreys, V.A. Izzo, A.N. James, T.C. Jernigan2013年被引用 103Nuclear FusionIF 3出版社

DIII-D experiments on rapid shutdown runaway electron (RE) beams have improved the understanding of the processes involved in RE beam control and dissipation. Improvements in RE beam feedback control have enabled stable confinement of RE beams out to the volt-second limit of the ohmic coil, as well as enabling a ramp down to zero current. Spectroscopic studies of the RE beam have shown that neutrals tend to be excluded from the RE beam centre. Measurements of the RE energy distribution function indicate a broad distribution with mean energy of order several MeV and peak energies of order 30–40 MeV. The distribution function appears more skewed towards low energies than expected from avalanche theory. The RE pitch angle appears fairly directed (θ ∼ 0.2) at high energies and more isotropic at lower energies (ε < 100 keV). Collisional dissipation of RE beam current has been studied by massive gas injection of different impurities into RE beams; the equilibrium assimilation of these injected impurities appears to be reasonably well described by radial pressure balance between neutrals and ions. RE current dissipation following massive impurity injection is shown to be more rapid than expected from avalanche theory—this anomalous dissipation may be linked to enhanced radial diffusion caused by the significant quantity of high-Z impurities (typically argon) in the plasma. The final loss of RE beams to the wall has been studied: it was found that conversion of magnetic to kinetic energy is small for RE loss times smaller than the background plasma ohmic decay time of order 1–2 ms.

日本語訳

DIII-Dにおける高速停止 runaway electron(RE)ビームに関する実験は、REビームの制御と消散に関わる過程の理解を向上させた。REビームのフィードバック制御の改善により、オーミックコイルのボルト秒限界までのREビームの安定した閉じ込めが可能となり、さらにゼロ電流までのランプダウンも可能となった。REビームの分光学的研究により、中性粒子はREビーム中心から排除される傾向があることが示された。REのエネルギー分布関数の測定は、平均エネルギーが数MeVのオーダーで、ピークエネルギーが30〜40 MeVのオーダーである広い分布を示している。分布関数は、アバランシェ理論から予想されるよりも低エネルギー側に偏っているように見える。REのピッチ角は、高エネルギーではほぼ方向性がある(θ ∼ 0.2)が、低エネルギー(ε < 100 keV)ではより等方的である。REビーム電流の衝突散逸は、REビームへの異なる不純物の大量ガス入射によって研究されてきた。これらの入射不純物の平衡吸収は、中性粒子とイオン間の径方向圧力バランスによって合理的に記述されるように見える。大量不純物入射後のRE電流消散は、アバランシェ理論から予想されるよりも速いことが示されている。この異常な消散は、プラズマ中の高Z不純物(典型的にはアルゴン)の大量存在によって引き起こされる強化された径方向拡散に関連している可能性がある。REビームの壁への最終損失が研究されてきた。RE損失時間が背景プラズマのオーミック減衰時間(1〜2 msのオーダー)よりも短い場合、磁気エネルギーから運動エネルギーへの変換は小さいことが見出された。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DElectron beamsRunaway electron
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