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Modeling of SOL helical current filaments induced by biased electrode on J-TEXT

Shuhao Li, Nengchao Wang, Yonghua Ding, Zebao Song, Yunfeng Liang, Qinghu Yang, Feiyue Mao, Zhuo Huang, Chengshuo Shen, Abba Alhaji Bala2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

It has been demonstrated in J-TEXT experiments that a biased electrode or electrode biasing (EB) in the scrape-off layer (SOL) can drive SOL helical current filaments (HCFs). The bright helical radiation belts of carbon impurities in the SOL indicate that SOL current flows along the magnetic field lines. Based on the experimental phenomenon, three SOL current models (model A, B, C) have been set-up in order to understand the spatial structure of SOL current and the perturbed magnetic field it generates. Model A is a simplified calculation of HCFs in the cylindrical geometry, and takes into account the presence of cross-field current by a linear decay of current along magnetic field lines. Model B take into account the actual toroidal geometry and the complex path of HCFs connected from the electrode to the limiters. By including the radial dependence of the resistivity into model B, model C is developed and describes the SOL current more perfectly than the other two models. Furthermore, the model C shows that SOL helical current can produces stronger boundary resonant magnetic perturbations (RMPs) at the last closed flux surface (LCFS) due to the consistent helixity of SOL current filaments and the boundary rational surface, which may be a new way to generate RMPs to control the edge-localized modes (ELMs). The equivalent inductance and resistance of HCFs at different edge safety factor qa are measured by applying a square wave voltage. The results show that the inductance and resistance of the HCFs are related to qa and the radial position of the biased electrode rEB, in a qualitatively consistent manner as that predicted by model C.

日本語訳

J-TEXT実験において、スクレイプオフ層(SOL)内のバイアス電極または電極バイアス(EB)がSOLヘリカル電流フィラメント(HCF)を駆動できることが実証されている。SOL内の炭素不純物による明るいヘリカル放射帯は、SOL電流が磁力線に沿って流れることを示している。実験現象に基づき、SOL電流の空間構造とそれが生成する摂動磁場を理解するために、3つのSOL電流モデル(モデルA、B、C)が構築された。モデルAは円筒幾何学におけるHCFの簡略化された計算であり、磁力線に沿った電流の線形減衰による横断電流の存在を考慮している。モデルBは、電極からリミッターに接続されたHCFの実際のトロイダル幾何学と複雑な経路を考慮している。モデルCは、モデルBに抵抗率の動径依存性を含めることにより開発され、他の2つのモデルよりもSOL電流をより正確に記述する。さらに、モデルCは、SOL電流フィラメントと境界有理面の一貫したヘリシティにより、最後の閉じた磁気面(LCFS)においてSOLヘリカル電流がより強い境界共鳴磁場摂動(RMP)を生成できることを示しており、これはエッジ局在モード(ELM)を制御するためのRMPを生成する新しい方法となる可能性がある。異なるエッジ安全係数qaにおけるHCFの等価インダクタンスと抵抗は、方形波電圧を印加することにより測定された。結果は、HCFのインダクタンスと抵抗がqaおよびバイアス電極の動径位置rEBに関連していることを示しており、これはモデルCによって予測されたものと定性的に一致している。

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Scrape-off layerTEXTJ-TEXT
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