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Simulation of two fluid and energetic particle effects in stellarators

H.R. Strauss, L.E. Sugiyama, G.Y. Fu, W. Park, J. Breslau2004年被引用 14Nuclear FusionIF 3出版社

MHD and resistive MHD are inadequate to understand the stability of stellarators properly. Ideal MHD ballooning mode theory predicts β limits substantially below the values that can be expected in experiments. Resistive MHD is even more pessimistic, predicting that many stellarators are completely unstable. Including two fluid effects, ideally and resistively stable stellarator equilibria can be obtained. It may be possible to completely stabilize ballooning modes. The two fluid computations are done with a realistic value of the Hall parameter, the ratio of the ion skin depth to the major radius. Hybrid gyrokinetic simulations with energetic particles indicate that global shear Alfvén TAE modes can be more stable in stellarators than in tokamaks. Computations in a two-period compact stellarator obtained a predominantly n = 1 toroidal mode with the expected TAE frequency. The TAE modes are more stable in the two-period compact stellarator than in a tokamak with the same q and pressure profiles. The cause for the stabilization is believed to be the increased damping rate due to 3D geometry. Simulations were performed with the M3D extended MHD code.

日本語訳

MHDと抵抗性MHDは、ステラレーターの安定性を適切に理解するには不十分である。理想MHDバルーニングモード理論は、実験で期待される値よりもかなり低いβ限界を予測する。抵抗性MHDはさらに悲観的であり、多くのステラレーターが完全に不安定であると予測する。二流体効果を含めることで、理想的にも抵抗的にも安定なステラレーター平衡を得ることができる。バルーニングモードを完全に安定化することが可能かもしれない。二流体計算は、ホールパラメータ(イオンスキン深さと主半径の比)の現実的な値で行われる。高エネルギー粒子を含むハイブリッドジャイロ運動論シミュレーションは、大域的せん断アルフヴェンTAEモードがトカマクよりもステラレーターにおいてより安定であり得ることを示している。2周期コンパクトステラレーターにおける計算では、予想されるTAE周波数を持つ主としてn = 1のトロイダルモードが得られた。TAEモードは、同じqおよび圧力分布を持つトカマクよりも、2周期コンパクトステラレーターにおいてより安定である。安定化の原因は、3次元幾何学による減衰率の増加であると考えられている。シミュレーションは、M3D拡張MHDコードを用いて実行された。

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StellaratorEnergetic particles
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