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A new quasi-stationary, very high density plasma regime on the W7-AS stellarator

R Jaenicke, S Baeumel, J Baldzuhn, R Brakel, R Burhenn, H Ehmler, M Endler, V Erckmann, Y Feng, F Gadelmeier2002年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Stellarators have the intrinsic property of steady state operation. However, on present-day stellarators the pulse length is usually not only limited due to technical reasons, but also by physical problems. Lack of density control and a subsequent radiation collapse terminate the discharges quite often at high densities. To improve the control of the plasma–wall interaction, the island divertor concept was developed for optimized stellarators. To test this divertor concept on W7-AS, all limiters were removed and replaced by ten divertor modules. In subsequent divertor experiments a promising new plasma operational regime has been discovered which is termed `high density H-mode' (HDH-mode). During the transition into that regime a clear reduction of ELM-like events and turbulent fluctuations is observed. The HDH-mode combines good energy confinement with very low impurity confinement resulting in low core radiation, but high edge-localized radiation. Consequently, stationary discharges at densities of typically 2×1020 m−3 can be performed within the accessible pulse length of about 1 s. At densities above 3×1020 m−3 a controlled transition from attached to partially detached plasmas is observed. The still edge-localized radiation reaches 90% of the heating power so that the power load onto the divertor target plates is further reduced. At a lower toroidal field of 0.9 T average β-values could be raised from earlier 2% to more than 3% in magnetic field configurations with rather smooth flux surfaces at the plasma boundary. The recently obtained results render excellent prospects for W7-X, the larger superconducting successor experiment of W7-AS.

日本語訳

ステラレーターは定常運転という本質的な特性を持つ。しかし、現在のステラレーターでは、パルス長は技術的な理由だけでなく物理的な問題によっても制限されることが多い。密度制御の欠如とそれに続く放射崩壊により、高密度での放電がしばしば終了する。プラズマ・壁相互作用の制御を改善するために、最適化されたステラレーター向けにアイランド・ダイバータ概念が開発された。このダイバータ概念をW7-ASで試験するため、すべてのリミッターが取り外され、10個のダイバータ・モジュールに置き換えられた。その後のダイバータ実験において、「高密度Hモード」(HDHモード)と呼ばれる有望な新しいプラズマ運転領域が発見された。その領域への遷移中に、ELM様事象と乱流揺動の明確な低減が観測された。HDHモードは、良好なエネルギー閉じ込めと非常に低い不純物閉じ込めを兼ね備え、その結果、コア放射は低いが、周辺部に局在した高い放射を示す。その結果、典型的には2×10²⁰ m⁻³の密度での定常放電が、約1秒の利用可能なパルス長の範囲内で実施可能となった。3×10²⁰ m⁻³を超える密度では、付着状態から非付着状態への制御された遷移が観測される。依然として周辺部に局在する放射は加熱パワーの90%に達し、そのためダイバータ標的板へのパワー負荷はさらに低減される。より低いトロイダル磁場0.9 Tでは、プラズマ境界においてかなり滑らかな磁束面を有する磁場配位において、平均β値が従来の2%から3%以上に引き上げることができた。最近得られたこれらの結果は、W7-ASのより大型の超伝導後継機であるW7-Xにとって優れた見通しをもたらすものである。

装置

wendelstein-7x中精度(概要文一致)

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StellaratorW7-AS
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