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Beam modulation and bump-on-tail effects on Alfvén eigenmode stability in DIII-D

M.A. Van Zeeland, L. Bardoczi, J. Gonzalez-Martin, W.W. Heidbrink, M. Podesta, M. Austin, C.S. Collins, X.D. Du, V.N. Duarte, M. Garcia-Munoz2021年被引用 10Nuclear FusionIF 3出版社

Beam modulation effects on Alfvén eigenmode stability have been investigated in a recent DIII-D experiment and show that variations in neutral beam modulation period can have an impact on the beam driven Alfvén eigenmode spectrum and resultant fast ion transport despite similar time-averaged input power. The experiment was carried out during the current ramp phase of L-mode discharges heated with sub-Alfvénic 50–80 kV deuterium neutral beams that drive a variety of Alfvén eigenmodes unstable. The modulation period of two interleaved beams with different tangency radii was varied from shot to shot in order to modify the relative time dependent mix of the beam pitch angle distribution as well as the persistence of a bump-on-tail feature near the injection energy (a feature confirmed by imaging neutral particle analyzer measurements). As the beam modulation period is varied from 7 ms to 30 ms on/off (typical full energy slowing down time of τslow ≈ 50 ms at mid-radius), toroidicity-induced Alfvén eigenmodes (TAEs) located in the outer periphery of the plasma become intermittent and coincident with the more tangential beam. Core mode activity changes from reversed shear Alfvén eigenmodes (RSAEs) to a mix of RSAE and beta-induced Alfvén eigenmodes. Discharges with 30 ms on/off period do not have a persistent bump-on-tail feature, have the lowest average mode amplitude and least fast ion transport. Detailed analysis of an individual TAE using TRANSP kick modeling (Monte Carlo evolution of the distribution function with probabilistic 'kicks' by the AEs) and the resistive MHD code with kinetic fast ions, MEGA, find no strong role of energy gradient drive due to bump-on-tail features. Instead, the observed TAE modulation with interleaved beams is likely a pitch angle dependent result combined with slowing down of the tangential beam between pulses. For the conditions investigated, bump-on-tail contributions to TAE drive were found to be 5% or less of the total drive at any given time.

日本語訳

ビーム変調がアルヴェン固有モードの安定性に及ぼす効果が最近のDIII-D実験で調査され、中性ビーム変調周期の変化が、時間平均入力電力が同程度であるにもかかわらず、ビーム駆動アルヴェン固有モードスペクトルとそれに伴う高速イオン輸送に影響を与え得ることが示された。実験は、亜アルヴェン速度の50–80 kV重水素中性ビームで加熱され、多様なアルヴェン固有モードを不安定化するLモード放電の電流立ち上げ位相中に実施された。接線半径の異なる2つの交互配置ビームの変調周期をショットごとに変え、ビームピッチ角分布の相対的な時間依存混合と、注入エネルギー付近のバンプ・オン・テール構造(イメージング中性粒子分析計測定によって確認された構造)の持続性を変更した。ビーム変調周期を7 msから30 msのオン/オフ(典型的な全エネルギー減速時間は中間半径でτslow ≈ 50 ms)で変化させると、プラズマ外周部に位置するトロイダル性誘起アルヴェン固有モード(TAE)は断続的になり、より接線方向のビームと同時に発生するようになる。コアモード活動は、反転シア・アルヴェン固有モード(RSAE)から、RSAEとベータ誘起アルヴェン固有モードの混合へと変化する。30 msオン/オフ周期の放電では、バンプ・オン・テール構造が持続せず、平均モード振幅が最も低く、高速イオン輸送も最も少ない。個々のTAEの詳細解析をTRANSPキックモデリング(AEによる確率的な「キック」を伴う分布関数のモンテカルロ発展)および運動論的高速イオンを有する抵抗性MHDコードMEGAを用いて行うと、バンプ・オン・テール構造によるエネルギー勾配駆動の強い役割は見いだされない。むしろ、交互配置ビームで観測されたTAE変調は、パルス間の接線方向ビームの減速と組み合わさった、ピッチ角に依存する結果である可能性が高い。調査した条件では、TAE駆動に対するバンプ・オン・テールの寄与は、任意の時点で全駆動の5%以下であることがわかった。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DAlfvén waveAlfvén eigenmode
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