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Pellet-plasma interaction: Local disturbances caused by pellet ablation in tokamaks

L.L. Lengyel1989年被引用 22Nuclear FusionIF 3出版社

The local disturbance amplitudes caused by ablating pellets in tokamaks are computed in the framework of a magnetohydrodynamic model supplemented by the neutral gas plasma shielding ablation model. The model computes, for a given number of pellet particles locally deposited, the time histories of the ablatant cloud parameters, such as cloud radius, cloud length, electron density, temperature and cloud beta, at a succession of magnetic flux surfaces. The cloud radius thus determined may be fed back into the ablation model, thus adjusting the effect of the shielding cloud on the ablation rate. The model is applied to typical plasma parameter ranges of existing and planned tokamaks. The results show that ablating pellets may cause massive local disturbances in tokamaks, depending upon the number of particles locally deposited. The peaks of these disturbances are of a spike nature, lasting only a few microseconds (Alfvén time-scale). The characteristic decay time of the 'quasi-steady' disturbance values that characterize the after-spike period is of the order of several milliseconds (hydrodynamic time-scale). The peak electron density values may be as high as 1023 to 1025 m−3, with the associated beta peaks exceeding unity. The 'quasi-steady' values of the electron density and the ablatant beta may be of the order of 1022 to 1024 m−3 and unity, respectively. Furthermore, the results show the strong dependence of the ablation rate on the dynamic characteristics of the ablatant cloud surrounding the pellet.

日本語訳

トカマクにおけるアブレーション中のペレットによって引き起こされる局所擾乱の振幅を、中性ガスプラズマ遮蔽アブレーションモデルによって補完された磁気流体力学モデルの枠組みで計算する。このモデルは、局所的に堆積したペレット粒子数に対して、一連の磁気面におけるアブラタント雲のパラメータ(雲半径、雲長、電子密度、温度、雲ベータ値など)の時間履歴を計算する。このようにして決定された雲半径はアブレーションモデルにフィードバックされ、アブレーション率に対する遮蔽雲の影響を調整する。このモデルは、既存および計画中のトカマクの典型的なプラズマパラメータ範囲に適用される。結果は、堆積した粒子数に応じて、アブレーション中のペレットがトカマク内に大規模な局所擾乱を引き起こし得ることを示している。これらの擾乱のピークはスパイク状であり、持続時間はわずか数マイクロ秒(アルフヴェン時間スケール)である。スパイク後の期間を特徴づける「準定常」擾乱値の特性減衰時間は、数ミリ秒(流体力学時間スケール)のオーダーである。ピーク電子密度は10の23乗から10の25乗毎立方メートルにも達し、対応するベータ値のピークは1を超える。「準定常」状態の電子密度とアブラタントベータ値は、それぞれ10の22乗から10の24乗毎立方メートルおよび1のオーダーであり得る。さらに、結果は、ペレットを取り囲むアブラタント雲の動的特性に対するアブレーション率の強い依存性を示している。

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