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Energetic passing particle-driven instabilities and their impact on discharge evolution in KSTAR

Hogun Jhang, Junghee Kim, Jisung Kang, Minho Kim, L L Zhang, G Y Fu, Fulvio Zonca, L Chen, I Chavdarovski, Minjun J Choi2023年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

An experimental study is conducted on the onset and evolution characteristics of energetic particle-driven instabilities in Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) with dominant tangential neutral beam injection (NBI). A scan of NBI beam energy shows the evanescence of the sawtooth crash and the concomitant onset of the strong passing particle-driven low-frequency fishbone instability. A quantitative analysis shows that the safety factor (q)-profile in the core region is clamped by a balance between the depletion of energetic passing particles by the fishbone instability and their external replenishment. Two synchronized chirping modes with distinct toroidal mode numbers (n = 1 and n = 5) supersede the fishbone instability after a self-organized q-profile is attained. An analysis shows that the n = 1 mode is likely to be a high-frequency beta-induced Alfvén eigenmode fishbone branch, while the n = 5 mode is an energetic particle mode (EPM). A dynamic system analysis of the synchronized EPM (S-EPM) shows that a stable S-EPM cycle can exist when the coupling between the two modes involved is insignificant. The potential impact of such EPMs on the establishment of a burning plasma scenario with a flat core q-profile is briefly discussed.

日本語訳

韓国超伝導トカマク先進研究(KSTAR)において、支配的な接線方向中性粒子ビーム入射(NBI)を用いて、高エネルギー粒子駆動不安定性の発生と発展特性に関する実験研究が行われた。NBIビームエネルギーの走査により、鋸歯状波クラッシュの消滅と、それに伴う強い通過粒子駆動の低周波フィッシュボーン不安定性の発生が示された。定量的解析により、コア領域の安全係数(q)プロファイルが、フィッシュボーン不安定性による高エネルギー粒子の枯渇と外部からの補充のバランスによって固定されることが示された。自己組織化されたqプロファイルが達成された後、異なるトロイダルモード数(n = 1 および n = 5)を持つ2つの同期したチャープモードがフィッシュボーン不安定性に取って代わる。解析により、n = 1 モードは高周波ベータ誘起アルフヴェン固有モードのフィッシュボーンブランチである可能性が高く、一方 n = 5 モードは高エネルギー粒子モード(EPM)であることが示された。同期EPM(S-EPM)の動的システム解析により、関与する2つのモード間の結合が無視できる場合、安定なS-EPMサイクルが存在し得ることが示された。平坦なコアqプロファイルを持つ燃焼プラズマシナリオの確立に対する、そのようなEPMの潜在的な影響が簡単に議論される。

装置

kstar高精度(タイトル一致)

wiki

KSTAR
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