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Magnetohydrodynamic simulations of runaway electron beam termination in JET

V Bandaru, M Hoelzl, C Reux, O Ficker, S Silburn, M Lehnen, N Eidietis, JOREK Team, JET Contributors2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A runaway electron (RE) fluid model is used to perform non-linear magnetohydrodynamic simulations of a relativistic electron beam termination event in JET. The case considered is that of a post-disruption low density cold plasma in the runaway plateau phase, wherein high-Z impurities have been largely flushed out via deuterium second injection (Shot:95135). Details of the experiment are found in separate publications. Our studies reveal that a combination of low plasma density and a hollow current profile which is confirmed by experimental studies causes fast growth of a double-tearing mode, which in turn leads to stochastization of the magnetic field and a prompt loss of REs. The phenomenology of events leading to the crash and the timescales of the dynamics are in excellent agreement with the experiment. Simulations also indicate significant toroidal variation in RE deposition but without localized hotspots. The strong stochastization setting in first from the edge leads to a poloidally broad deposition footprint that partly explains the benign nature of the termination event. This work further supports the potential possibility to engineer a benign RE beam termination scenario via deuterium second injection in ITER, as proposed by Reux et al 'Runaway electron beam suppression using impurity flushing and large magnetohydrodynamic instabilities' (submitted to Physical Review Letters).

日本語訳

逃走電子(RE)流体モデルを用いて、JETにおける相対論的電子ビーム終端事象の非線形磁気流体力学シミュレーションを実施した。検討対象としたのは、ディスラプション後の低密度低温プラズマにおける逃走電子プラトー相であり、そこでは高Z不純物が重水素第2回入射(ショット番号:95135)によって大部分が排出されている。実験の詳細は別の論文に記載されている。本研究により、実験で確認された低プラズマ密度と中空電流分布の組み合わせが二重テアリングモードの高速成長を引き起こし、それが磁場の確率化と逃走電子の即時損失をもたらすことが明らかになった。崩壊に至る事象の現象論と力学の時間スケールは、実験と極めて良く一致する。シミュレーションはまた、局所的なホットスポットを伴わないものの、逃走電子の有意なトロイダル方向変動を示している。端部から始まる強い確率化は、ポロイダル方向に広がった堆積プロファイルをもたらし、終端事象の穏やかな性質を部分的に説明する。本研究は、Reuxらによって提案された、重水素第2回入射による逃走電子ビームの抑制と大規模磁気流体力学不安定性を利用した、ITERにおける穏やかな逃走電子ビーム終端の工学的実現可能性をさらに支持するものである(Physical Review Lettersに投稿中)。

装置

jet高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

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JETMagnetohydrodynamicsElectron beamsRunaway electron
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