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Observations of anomalous momentum transport in Alcator C-Mod plasmas with no momentum input

J.E. Rice, W.D. Lee, E.S. Marmar, P.T. Bonoli, R.S. Granetz, M.J. Greenwald, A.E. Hubbard, I.H. Hutchinson, J.H. Irby, Y. Lin2004年被引用 107Nuclear FusionIF 3出版社

Anomalous momentum transport has been observed in Alcator C-Mod tokamak plasmas. The time evolution of core impurity toroidal rotation velocity profiles has been measured with a tangentially viewing crystal x-ray spectrometer array. Following the L-mode to EDA (enhanced Dα) H-mode transition in both Ohmic and ion cyclotron range of frequencies heated discharges, the ensuing co-current toroidal rotation velocity, which is generated in the absence of any external momentum source, is observed to propagate in from the edge plasma to the core with a timescale of the order of the observed energy confinement time, but much less than the neo-classical momentum confinement time. The ensuing steady state toroidal rotation velocity profiles in EDA H-mode plasmas are relatively flat, with Vϕ ∼ 50 km s−1, and the momentum transport can be simulated using a simple diffusion model. Assuming that the L–H transition produces an instantaneous edge source of toroidal torque (which disappears at the H- to L-mode transition), the momentum transport may be characterized by a diffusivity, with values of ∼0.07 m2 s−1 during EDA H-mode and ∼0.2 m2 s−1 in L-mode. These values are large compared to the calculated neo-classical momentum diffusivities, which are of the order of 0.003 m2 s−1. Velocity profiles of ELM-free H-mode plasmas are centrally peaked (with Vϕ(0) exceeding 100 km s−1 in some cases), which suggests the presence of an inward momentum pinch; the observed profiles are consistent with simulations including an edge inward convection velocity of ∼10 m s−1. In EDA H-mode discharges which develop internal transport barriers, the velocity profiles become hollow in the centre, indicating the presence of a negative radial electric field well in the vicinity of the barrier foot. Upper single null diverted and inner wall limited L-mode discharges exhibit strong counter-current rotation (with Vϕ(0)∼−60 km s−1 in some cases), which may be related to the observed higher H-mode power threshold in these configurations. For plasmas with locked modes, the toroidal rotation is observed to cease (Vϕ ⩽ 5 km s−1).

日本語訳

Alcator C-Modトカマクプラズマにおいて異常運動量輸送が観測された。接線方向に配置されたX線分光器アレイを用いて、コア不純物トロイダル回転速度分布の時間発展が測定された。オーミック加熱およびイオンサイクロトロン周波数帯加熱の両方におけるLモードからEDA(enhanced Dα)Hモードへの遷移に続いて、外部運動量源がないにもかかわらず発生するコトロイダル方向の回転が、プラズマ周辺部からコア部へ伝播する様子が観測された。その伝播時間スケールは、観測されたエネルギー閉じ込め時間のオーダーであるが、新古典運動量閉じ込め時間よりもはるかに短い。EDA Hモードプラズマにおける定常状態のトロイダル回転速度分布は比較的平坦であり、Vϕ ∼ 50 km s⁻¹であり、運動量輸送は単純な拡散モデルを用いてシミュレーションできる。L-H遷移において瞬間的な周辺トロイダル運動量源が発生すると仮定すると(H-L遷移で消滅する)、運動量輸送は拡散係数によって特徴づけられ、その値はEDA Hモード中で∼0.07 m² s⁻¹、Lモードで∼0.2 m² s⁻¹である。これらの値は、計算された新古典運動量拡散係数(オーダー0.003 m² s⁻¹)と比較して大きい。ELMフリーHモードプラズマの速度分布は中心部でピークを示し(Vϕ(0)が100 km s⁻¹を超える場合もある)、これは内向きの運動量ピンチの存在を示唆している。観測された分布は、周辺部での内向き対流速度∼10 m s⁻¹を含むシミュレーションと一致する。内部輸送障壁が発達するEDA Hモード放電では、速度分布は中心部で中空状になり、障壁フット付近に負の径方向電場の井戸が存在することを示している。上部単零ダイバータ配位および内側リミター配位のLモード放電では、強い反トロイダル方向回転が観測され(Vϕ(0)∼−60 km s⁻¹の場合もある)、これはこれらの配位で観測される高いHモードパワー閾値と関連している可能性がある。モードロックしたプラズマでは、トロイダル回転は停止することが観測された(Vϕ ⩽ 5 km s⁻¹)。

装置

alcator-c-mod高精度(タイトル一致)

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AlcatorC-ModMomentum transport
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