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Observation of the electron thermal transport and temperature fluctuations for electron cyclotron resonance heated plasmas on J-TEXT

Zhoujun Yang, Yaping Zhang, Xiehang Ren, Feng Li, Xin Xu, Wei Yan, Xiaoyi Zhang, Donghui Xia, Zhichao Zhang, Yuan Gao2021年被引用 3Nuclear FusionIF 3出版社

First dedicated experiments have been carried out on the J-TEXT tokamak for investigating the electron thermal transport and plasma fluctuations before and during electron cyclotron resonance heating (ECRH). The electron thermal diffusivities are calculated using the diffusive space-time evolution characteristic of the electron temperature perturbations produced by internal sawtooth collapse. It is found that the electron thermal diffusivity significantly increases as ECRH is turned on. The temperature fluctuations in the ECRH-assisted ohmic plasmas measured by the correlation electron cyclotron emission (CECE) diagnostic have a larger amplitude and broader bandwidth than that of pure ohmic plasmas. However, there is a slight change in the density fluctuations. The electron thermal diffusivities and the bandwidth of the electron temperature fluctuations decrease simultaneously as density increases in ohmic plasmas. However, the same trend is not found for ECRH-assisted ohmic plasmas with fixed ECRH power. The electron thermal diffusivities increase almost linearly with the ECRH power for the same discharge parameters, while the temperature fluctuations become broader at the same time. Linear stability analysis using the gyrokinetic electromagnetic numerical experiment code indicates that there is a turbulence transition from the mixed mode of ion temperature gradient mode and trapped electron mode (TEM) to the pure (broader) TEM when changing from pure ohmic to ECRH-assisted ohmic plasmas. It is consistent with the temperature fluctuations measured by CECE, which is sensitive to the long-wavelength modes. All these results suggest that the long-wavelength temperature fluctuations play an important role in electron thermal transport. In ECRH-assisted ohmic plasmas, electron thermal transport may become dominated by ETGs when TEMs are suppressed at high density.

日本語訳

J-TEXTトカマクにおいて、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)の前後における電子熱輸送とプラズマ揺動を調査するための最初の専用実験が実施された。電子熱拡散係数は、内部ソートゥース崩壊によって生成された電子温度摂動の拡散的な時空間発展特性を用いて計算された。ECRHがオンになると、電子熱拡散係数が有意に増加することが見出された。相関電子サイクロトロン放射(CECE)診断によって測定されたECRH支援オーミックプラズマにおける温度揺動は、純粋なオーミックプラズマと比較して、より大きな振幅とより広い帯域幅を有していた。しかしながら、密度揺動にはわずかな変化しか見られなかった。オーミックプラズマにおいて、電子熱拡散係数と温度揺動の帯域幅は、密度の増加とともに同時に減少した。しかしながら、ECRH出力を固定したECRH支援オーミックプラズマでは、同じ傾向は見られなかった。同じ放電パラメータにおいて、電子熱拡散係数はECRH出力とともにほぼ線形に増加し、同時に温度揺動はより広がった。ジャイロ運動論的電磁気的数値実験コードを用いた線形安定性解析により、純粋なオーミックプラズマからECRH支援オーミックプラズマへ変化する際に、イオン温度勾配モードと捕捉電子モード(TEM)の混合モードから、純粋な(より広がった)TEMへの乱流遷移が存在することが示された。これは、長波長モードに敏感なCECEによって測定された温度揺動と一致している。これらの結果はすべて、長波長の温度揺動が電子熱輸送において重要な役割を果たすことを示唆している。ECRH支援オーミックプラズマでは、高密度においてTEMが抑制されると、電子熱輸送がETGによって支配される可能性がある。

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Cyclotron resonanceElectron cyclotron resonanceTEXTJ-TEXT
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