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The influence of temperature dynamics and dynamic finite ion Larmor radius effects on seeded high amplitude plasma blobs

M. Held, M. Wiesenberger, J. Madsen, A. Kendl2016年被引用 30Nuclear FusionIF 3出版社

Thermal effects on the perpendicular convection of seeded pressure blobs in the scrape-off layer of magnetised fusion plasmas are investigated. Our numerical study is based on a four field full-F gyrofluid model, which entails the consistent description of high fluctuation amplitudes and dynamic finite Larmor radius effects. We find that the maximal radial blob velocity increases with the square root of the initial pressure perturbation and that a finite Larmor radius contributes to highly compact blob structures that propagate in the poloidal direction. An extensive parameter study reveals that a smooth transition to this compact blob regime occurs when the finite Larmor radius effect strength, defined by the ratio of the magnetic field aligned component of the ion diamagnetic to the vorticity, exceeds unity. The maximal radial blob velocities agree excellently with the inertial velocity scaling law over more than an order of magnitude. We show that the finite Larmor radius effect strength affects the poloidal and total particle transport and present an empirical scaling law for the poloidal and total blob velocities. Distinctions to the blob behaviour in the isothermal limit with constant finite Larmor radius effects are highlighted.

日本語訳

磁化された核融合プラズマのスクレイプオフ層におけるシードされた圧力塊(ブロブ)の垂直方向対流に対する熱的効果を調査する。我々の数値研究は、高振幅変動と動的有限ラーマー半径効果の一貫した記述を伴う4場フルFジャイロ流体モデルに基づいている。最大の垂直方向ブロブ速度は初期圧力摂動の平方根に比例して増加し、有限ラーマー半径が、ポロイダル方向に伝播するコンパクトなブロブ構造の形成に寄与することを見出す。広範なパラメータ研究により、有限ラーマー半径効果の強さ(イオン反磁性の磁場に沿った成分と渦度の比として定義される)が1を超えると、このコンパクトなブロブ領域への滑らかな遷移が生じることが明らかになる。最大の垂直方向ブロブ速度は、慣性速度スケーリングと1桁以上の範囲にわたって優れた一致を示す。有限ラーマー半径効果の強さがポロイダル方向および全粒子輸送に影響を与えることを示し、ポロイダル方向および全ブロブ速度に関する経験的スケーリング則を提示する。一定の有限ラーマー半径効果を伴う等温極限におけるブロブ挙動との相違点を強調する。

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Larmor radius
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