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Effect of plasma rotation on the beam-driven current

G.A. Cottrell, R. Kemp2009年被引用 5Nuclear FusionIF 3出版社

In a rotating plasma, with co-neutral beam injection (NBI), the Doppler shift of the NBI particles, as viewed in the frame of the plasma, can result in a significant reduction in the beam-driven (Ohkawa) current when the rotation is strong (i.e. with rotational Mach numbers, M ⩾ 0.5). The correction applies to the toroidal fast ion current calculated for a non-rotating plasma and is independent of the normal Zeff and electron trapping terms. A simple analytical model is presented to estimate the magnitude of the effect for plasmas with arbitrary toroidal rotation and the conditions where this is important have been identified. This model has been compared with the results from existing Monte Carlo neutral beam codes and found to reproduce their results. The important parameters in this problem are the ratio, , of the NBI injection particle velocity (in the laboratory frame) to the critical velocity of the plasma, and the ratio ρϕ = vϕ/vcrit which is related to the rotational Mach number. A phase plot in dimensionless (ρLab, ρϕ) space is presented which enables the fast ion current drive efficiencies to be compared for different tokamaks. For strongly rotating plasmas, the degradation in fast ion current efficiency is significant for ρLab ⩽ 1. However, when ρLab is larger than this, the degradation in fast ion current drive is less severe. Approaches to improve the fast ion current drive efficiency are briefly discussed.

日本語訳

回転プラズマにおいて、同方向中性粒子ビーム入射(NBI)では、プラズマの座標系で見たNBI粒子のドップラーシフトは、回転が強い場合(すなわち回転マッハ数M ⩾ 0.5)に、ビーム駆動(大川)電流の有意な減少をもたらし得る。この補正は、非回転プラズマに対して計算されたトロイダル高速イオン電流に適用され、通常のZeffおよび電子捕捉項とは独立である。任意のトロイダル回転を持つプラズマに対する効果の大きさを推定するための簡単な解析モデルが提示され、これが重要となる条件が特定されている。このモデルは既存のモンテカルロ中性粒子ビームコードの結果と比較され、それらの結果を再現することが見出された。この問題における重要なパラメータは、NBI入射粒子速度(実験室座標系)のプラズマの臨界速度に対する比、 、および回転マッハ数に関連する比ρϕ = vϕ/vcritである。無次元(ρLab, ρϕ)空間における位相プロットが提示され、異なるトカマク間で高速イオン電流駆動効率を比較することが可能になる。強く回転するプラズマでは、ρLab ⩽ 1の場合に高速イオン電流効率の低下は有意である。しかしながら、ρLabがこれより大きい場合、高速イオン電流駆動の低下はそれほど深刻ではない。高速イオン電流駆動効率を改善するためのアプローチが簡単に議論される。

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Plasma rotation
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