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Parametric study of Alfvénic instabilities driven by runaway electrons during the current quench in DIII-D

A. Lvovskiy, C. Paz-Soldan, N.W. Eidietis, A. Dal Molin, G.H. DeGrandchamp, E.M. Hollmann, J.B. Lestz, C. Liu, M. Nocente, D. Shiraki2023年被引用 3Nuclear FusionIF 3出版社

To avoid or mitigate runaway electron (RE) beams in ITER, RE-driven instabilities are actively studied as a complimentary technique to massive material injection. In this work we report experimental dependencies of Alfvénic instabilities driven by REs during the current quench in DIII-D on plasma and material injection parameters. These instabilities, observed in the frequency range of 0.1–3 MHz, correlate with increased RE loss and thus may play a role in non-sustained RE beams. It was found that as the toroidal magnetic field () decreases, the RE population becomes more energetic, the energy of instabilities increases, and no RE beam is observed when the maximum energy of REs exceeds 15 MeV (or when is below 1.8 T). Analysis of disruptions at plasma core temperature () of 1 keV and 8 keV shows that the RE population is much less energetic (with the maximum energy of only about 3 MeV) when is high, and no instabilities are observed in this case. Besides disruptions above caused by Ar injection, cases with Ne and D2 injections were also studied. Both Ne and D2 injections cause no sustained RE beams, however, for different reasons. Measurements of the instability polarization indicate that it is of predominantly compressional nature at the edge, which is consistent with modeling suggesting excitation of compressional Alfvén eigenmodes. However, drive of global Alfvén eigenmodes is also possible at low frequencies.

日本語訳

ITERにおける逃走電子(RE)ビームを回避または緩和するために、RE駆動不安定性が大量物質入射の補完的手法として活発に研究されている。本稿では、DIII-Dの電流クエンチ中にREによって駆動されるアルフヴェン的不安定性の、プラズマおよび物質入射パラメータに対する実験的依存性を報告する。0.1–3 MHzの周波数範囲で観測されるこれらの不安定性は、RE損失の増加と相関し、したがって持続しないREビームにおいて役割を果たす可能性がある。トロイダル磁場()が減少するにつれて、RE集団はより高エネルギーになり、不安定性のエネルギーは増加し、REの最大エネルギーが15 MeVを超えると(またはが1.8 T未満のときは)、REビームは観測されないことが見いだされた。プラズマ中心温度()が1 keVおよび8 keVでのディスラプションの解析は、が高い場合にはRE集団のエネルギーがはるかに低く(最大エネルギーがわずか約3 MeV)、この場合には不安定性は観測されないことを示している。上記のAr入射によるディスラプションに加えて、NeおよびD2入射の場合も研究された。NeとD2の両方の入射は持続的なREビームを引き起こさないが、その理由は異なる。不安定性の偏極の測定は、周辺部では主に圧縮性の性質であることを示しており、これは圧縮性アルフヴェン固有モードの励起を示唆するモデリングと一致する。しかし、低周波数ではグローバルアルフヴェン固有モードの駆動も可能である。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

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DIII-DRunaway electron
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