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Modeling of the transition mechanism from electrostatic drift-type modes to electromagnetic kinetic ballooning mode-dominant regime in high poloidal-beta discharges

J.Y. Kim, H.S. Han2020年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Recent analyses (for example, see the paper by Staebler et al (2018 Phys. Plasmas 056113)) indicate that in DIII-D high poloidal-beta discharges turbulent transport, particularly for ions, is governed by the electromagnetic kinetic ballooning mode (KBM) in most radial regions, including the outer core between the internal and external transport barriers (ITBs and ETBs). Considering that in the usual L- or H-mode plasmas turbulent transport is widely believed to be dominated by the electrostatic drift-type modes, such as the ion temperature gradient (ITG) or trapped electron mode (TEM), a modeling study is presented to show how this transition of dominant modes can occur. In the ITB region, where there already exist several theoretical models, the focus is put on clarifying the relative role between the Shafranov shift and linear electromagnetic effects. While these two can play an important role in the transition or ITB formation by stabilizing the electrostatic drift-type modes, a significant difference is found in that the former mainly works on the TEM, while the latter works on the ITG. In contrast to the ITB region, in the outer core between the ITB and ETB the transition appears to be more relevant to the destabilization of the KBM itself, rather than the stabilization of electrostatic modes. A jump of edge plasma beta through the pedestal formation is shown to play the critical role in this destabilization by making the KBM threshold temperature gradient smaller than that of the ITG/TEM, thus allowing an earlier excitation of KBM when background temperature gradients increase by external heating.

日本語訳

最近の解析(例えば、Staebler et al (2018 Phys. Plasmas 056113) の論文を参照)は、DIII-Dの高ポロイダルベータ放電において、乱流輸送、特にイオンに対する乱流輸送が、ほとんどの動径領域、すなわち内部輸送障壁(ITB)と外部輸送障壁(ETB)の間の外側コア領域を含めて、電磁的運動論的バルーニングモード(KBM)によって支配されていることを示している。通常のLモードまたはHモードプラズマでは、乱流輸送はイオン温度勾配(ITG)や捕捉電子モード(TEM)などの静電的ドリフト型モードによって支配されると広く信じられていることを考慮すると、この支配的モードの遷移がどのように起こり得るかを示すモデリング研究が提示される。ITB領域では、すでにいくつかの理論モデルが存在しており、シャフラノフシフトと線形電磁効果の間の相対的役割を明確化することに焦点が置かれている。これら二つは静電的ドリフト型モードを安定化することによって遷移またはITB形成に重要な役割を果たし得るが、前者は主にTEMに作用し、後者はITGに作用するという点で有意な差異が見出される。ITB領域とは対照的に、ITBとETBの間の外側コア領域では、遷移は静電的モードの安定化よりもむしろKBM自体の不安定化に関連しているようである。ペデスタル形成を通じたエッジプラズマベータの跳躍が、KBMの閾値温度勾配をITG/TEMのそれよりも小さくすることにより、この不安定化において決定的な役割を果たし、外部加熱による背景温度勾配の増加時にKBMのより早期の励起を可能にすることが示される。

装置

diii-d中精度(概要文一致)

wiki

Ballooning mode
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