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Methods for the detection of Zonal Flows using one-point and two-point turbulence measurements

S Zoletnik, L Bardoczi, A Krämer-Flecken, Y Xu, I Shesterikov, S Soldatov, G Anda, D Dunai, G Petravich, the TEXTOR Team2012年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The sensitivity of two numerical methods for the detection of zonal flows, especially geodesic acoustic modes (GAMs), through the movement of turbulence eddies is studied. One of them is the widely used time delay estimation method which determines a propagation time delay between two measurement points. The second technique is based on analyzing movements of the minimum in the autocorrelation function of a single measurement signal (ACFM method). The applicability of both methods is analyzed in detail in terms of time resolution, signal-to-noise ratio (SNR) and velocity modulation amplitude. It is found that both methods exhibit a broadband noise spectrum in the calculated velocity from inherent statistical reasons and they also underestimate the RMS velocity modulation amplitude by at least a factor of two, even under noise-free conditions. Their sensitivity to GAMs ceases below an SNR of about 2. These methods are applied to measurement signals obtained in Ohmic plasmas using correlation reflectometry, lithium beam emission spectroscopy (Li-BES) and probe diagnostics on the TEXTOR tokamak. The equivalence of the two methods is shown under these conditions experimentally. The availability of both methods considerably widens the possibility to detect zonal flows therefore the phase relationship between velocity modulations, related to GAMs, can be determined at both poloidally and toroidally well separated locations. A toroidally and poloidally symmetric m = 0, n = 0 velocity modulation and a coherent π/2 out of phase electron density modulation is found with odd poloidal mode number, as predicted by theory.

日本語訳

乱流渦の移動を通じた帯状流、特に測地線音響モード(GAM)の検出に対する2つの数値手法の感度が研究される。その1つは、2つの測定点間の伝播時間遅延を決定する、広く使用されている時間遅延推定法である。2つ目の手法は、単一の測定信号の自己相関関数における最小値の移動を解析することに基づく(ACFM法)。両手法の適用可能性は、時間分解能、信号対雑音比(SNR)、および速度変調振幅の観点から詳細に解析される。両手法は、固有の統計的理由から計算速度において広帯域ノイズスペクトルを示し、さらに無雑音条件下であってもRMS速度変調振幅を少なくとも2倍過小評価することが見出される。GAMに対するそれらの感度は、SNRが約2を下回ると消失する。これらの手法は、TEXTORトカマクにおける相関反射測定法、リチウムビーム発光分光法(Li-BES)、およびプローブ診断を用いてオーミックプラズマで得られた測定信号に適用される。両手法の等価性は、これらの条件下で実験的に示される。両手法の利用可能性は、帯状流を検出する可能性を大幅に拡大し、したがってGAMに関連する速度変調間の位相関係は、ポロイダル方向およびトロイダル方向の両方において十分に分離された位置で決定することができる。理論によって予測されるように、トロイダルおよびポロイダルに対して対称なm = 0、n = 0の速度変調と、コヒーレントなπ/2の位相ずれを持つ電子密度変調が、奇数ポロイダルモード数で見出される。

装置

textor低精度(概要文一致)

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Zonal flow
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