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Alpha particle driven Alfvénic instabilities in ITER post-disruption plasmas

A. Lier, G. Papp, Ph. W. Lauber, O. Embreus, G.J. Wilkie, S. Braun2021年被引用 3Nuclear FusionIF 3出版社

Fusion-born alpha particles in ITER disruption simulations are investigated as a possible drive of Alfvénic instabilities. The ability of these waves to expel runaway electron (RE) seed particles is explored in the pursuit of a passive, inherent RE mitigation scenario. The spatiotemporal evolution of the alpha particle distribution during the disruption is calculated using the linearized Fokker–Planck solver CODION coupled to a fluid disruption simulation. These simulations are done in the limit of no alpha particle transport during the thermal quench, which can be seen as a most pessimistic situation where there is also no RE seed transport. Under these assumptions, the radial anisotropy of the resulting alpha population provides free energy to drive Alfvénic modes during the quench phase of the disruption. We use the linear gyrokinetic magnetohydrodynamic code LIGKA to calculate the Alfvén spectrum and find that the equilibrium is capable of sustaining a wide range of modes. The self-consistent evolution of the mode amplitudes and the alpha distribution is calculated utilizing the wave-particle interaction tool HAGIS. Intermediate mode number (n = 7–15, 22–26) toroidal Alfvén eigenmodes are shown to saturate at an amplitude of up to δB/B ≈ 0.1% in the spatial regimes crucial for RE seed formation. We find that the mode amplitudes are predicted to be sufficiently large to permit the possibility of significant radial transport of REs.

日本語訳

ITERディスラプションシミュレーションにおける核融合生成アルファ粒子を、アルヴェン不安定性の可能な駆動源として調査する。これらの波動が逃走電子(RE)シードを排出する能力を、受動的かつ本質的なRE緩和シナリオの追求において探求する。ディスラプション中のアルファ粒子分布の時空間発展は、流体ディスラプションシミュレーションに結合された線形化フォッカー・プランクソルバーCODIONを用いて計算される。これらのシミュレーションは、熱クエンチ中のアルファ粒子輸送がないという極限で行われ、これはREシード輸送もない最も悲観的な状況と見なすことができる。これらの仮定の下で、結果として生じるアルファ粒子集団の動径異方性は、ディスラプションのクエンチ相中にアルヴェンモードを駆動する自由エネルギーを提供する。線形ジャイロ運動論的磁気流体力学コードLIGKAを用いてアルヴェンスペクトルを計算し、平衡状態が広範囲のモードを維持できることを見出す。モード振幅とアルファ粒子分布の自己無撞着な発展は、波動-粒子相互作用ツールHAGISを用いて計算される。中間モード数(n = 7–15、22–26)のトロイダルアルヴェン固有モードは、REシード形成に重要な空間領域において、δB/B ≈ 0.1%までの振幅で飽和することが示される。モード振幅は、REの有意な動径輸送の可能性を許容するのに十分大きいと予測されることを見出す。

装置

iter高精度(タイトル一致)

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ITERPlasma disruptionAlpha particle
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