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Toroidal plasma acceleration due to NBI fast ion losses in LTX-β

P E Hughes, W Capecchi, D B Elliott, L E Zakharov, R E Bell, C Hansen, D P Boyle, S N Gorelenkov, R Majeski, R Kaita2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The recent Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) upgrade includes the addition of neutral beam injection (NBI) in the same direction as the plasma current (co-IP) and a new toroidal Mirnov array for MHD characterization. In initial NBI experiments, a spontaneously rotating n = 1 MHD mode is seen to accelerate during NBI in the counter-beam direction, accompanied by a rise in electron density consistent with the beam-injected inventory but without a clear increase in plasma pressure. Together with analytic and numerical modeling of beam optics and fast ion confinement, these observations indicate the prompt loss of all or nearly all beam ions. However, the same modeling also suggests that planned upgrades to the Ohmic heating system should provide the fast ion confinement necessary for beam heating and core fueling. A simple analytic model relates the momentum confinement time to the observed evolution of mode rotation due to the combination of NBI momentum coupling, fast ion loss , and anomalous viscous torques, yielding values consistent with past measurements of electron energy confinement time τE,e.

日本語訳

最近のリチウムトカマク実験ベータ(LTX-β)のアップグレードには、プラズマ電流と同方向(co-Ip)の中性粒子ビーム入射(NBI)の追加と、MHD特性評価のための新しいトロイダルミルノフ配列が含まれる。初期のNBI実験では、自発的に回転するn = 1のMHDモードが、ビーム入射中に反ビーム方向へ加速されることが観測され、それに伴いビーム入射による粒子蓄積と一致する電子密度の上昇が見られたが、プラズマ圧力の明確な増加は見られなかった。ビーム光学と高速イオン閉じ込めの解析的・数値的モデリングと併せて、これらの観測結果は、ほぼ全てのビームイオンが即時損失していることを示している。しかしながら、同じモデリングは、計画中のオーミック加熱システムのアップグレードにより、ビーム加熱とコア燃料供給に必要な高速イオン閉じ込めが実現されることも示唆している。単純な解析モデルは、NBI運動量結合、高速イオン損失、および異常粘性トルクの組み合わせによるモード回転の観測された時間発展と運動量閉じ込め時間を関連付けており、その結果得られる値は、過去の電子エネルギー閉じ込め時間τE,eの測定値と一致する。

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Fusion Advanced Studies TorusEnergetic ionNeutral beam injectionIon loss
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