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Impurity-seeded plasma experiments on JET

G.P. Maddison, M. Brix, R. Budny, M. Charlet, I. Coffey, J.G. Cordey, P. Dumortier, S.K. Erents, N.C. Hawkes, M. von Hellermann2003年被引用 48Nuclear FusionIF 3出版社

Scaling to larger tokamaks of high confinement plasmas with radiating edges, induced by impurities, is being studied through internationally collaborative experiments on JET. In campaigns till the end of 2000, three different regimes have been explored. A small number of limiter L-mode discharges seeded with neon have most closely repeated the approach used on TEXTOR-94, but different collisionality and particle transport in JET impede central peaking of the density associated with improved confinement. Divertor L-modes at intermediate density, again with neon injection, have pursued transiently enhanced states found on DIII-D. Confinement up to H-mode quality, together with radiation fractions of ≈40%, have briefly been obtained, though central Zeff quickly increases. Most effectively, neon and argon seeding of higher density ELMy H-modes formed mainly at low triangularity on the septum of the MkIIGB divertor, resembling a pumped-limiter arrangement, have been examined. Good confinement has been sustained at densities close to the Greenwald level in `afterpuff' (AP) phases following the end of main gas fuelling, for little change of central Zeff but up to ≈60% radiation. Outstanding normalized properties up to H97 = 0.99 at fGwd = 0.94 have thus been achieved, above the conventional H-mode density limit for diverted plasmas. Stationarity of states has also been extended to many energy confinement times by including low, extra gas inputs in the `AP', suggestive of an optimized fuelling scheme. Further development in 2001 is reported separately in [1]. Accompanying ELMs are generally reduced in frequency though not evidently in size, electron pedestal pressure being almost unchanged from unseeded behaviour. There are indications of the most favourable impurity species scaling with plasma parameters, performance, radiation and its concentration within a mantle all increasing with argon compared to neon in JET. These benefits in terms of integrated properties are just as required for long burning pulses in ITER, supporting its use of a radiating mantle to assist not only power exhaust but performance too. Impurity-seeded H-modes can therefore contribute directly to next-step scenario development.

日本語訳

より高い閉じ込め性能を持つプラズマの周辺部に、不純物によって誘起される放射損失を伴う高閉じ込めモード(Hモード)のスケーリングを、JETにおける国際協力実験を通じて研究している。2000年末までの実験キャンペーンにおいて、3つの異なるレジームが探求された。少数のリミター配位でのLモード放電にネオンをシードした実験は、TEXTOR-94でのアプローチを最も忠実に再現したが、JETにおける異なる衝突頻度と粒子輸送特性により、改善された閉じ込めに伴う密度の中心部でのピーキングは妨げられた。中間密度でのダイバータ配位Lモードにネオンを注入した実験では、DIII-Dで観測された過渡的な閉じ込め改善状態が再現された。Hモード品質の閉じ込めと約40%の放射損失割合は一時的に達成されたが、中心部の実効電荷(Zeff)は急速に増加した。最も効果的であったのは、MkIIGBダイバータのセプタム上に形成された低三角形度のELMy Hモード放電へのネオンおよびアルゴンのシードであり、これはポンプリミター配位に類似した状況を模擬した。主ガス供給停止後の「アフターパフ」位相において、閉じ込めはグリーンワルド密度限界に近い値で維持され、中心部Zeffの変化は小さく、放射損失割合は最大60%に達した。この結果、H97 = 0.99、fGwd = 0.94という優れた規格化パラメータが、従来のHモード密度限界を超えるダイバータ配位プラズマで達成された。さらに、追加の低ガス供給を「アフターパフ」に含めることで、定常状態の維持時間は多数のエネルギー閉じ込め時間にまで延長され、最適化された燃料供給スキームの可能性が示唆された。これに伴うELMは周波数が減少するものの、その振幅は顕著には変化せず、電子ペデスタル圧力はシードなしの場合とほぼ同等に保たれた。不純物種の選択に関しては、ネオンと比較してアルゴンを用いた場合に、プラズマ性能、放射損失割合、および周辺部マントル領域での不純物濃度の増加がより顕著であるという指標が得られた。これらの統合された特性の改善は、ITERにおける長時間燃焼パルス運転の要件と一致しており、放射マントルが電力排気だけでなくプラズマ性能の向上にも寄与するというITERの設計方針を支持するものである。不純物シードHモードは、次段階のシナリオ開発に直接貢献できると結論される。

装置

jet高精度(タイトル一致)diii-d中精度(概要文一致)iter中精度(概要文一致)textor中精度(概要文一致)

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