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Dynamics of an n = 1 explosive instability and its role in high-β disruptions

A.Y. Aydemir, B.H. Park, Y.K. In2018年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

Some low-n kink-ballooning modes not far from marginal stability are shown to exhibit a bifurcation between two very distinct nonlinear paths that depends sensitively on the background transport levels and linear perturbation amplitudes. The particular instability studied in this work is an mode dominated by an component. It is driven by a large pressure gradient in weak magnetic shear and can appear in various high- hybrid/advanced scenarios. Here it is investigated in reversed shear equilibria where the region around the safety-factor minimum provides the low-shear conditions necessary for instability. For a certain range of parameters, a relatively benign path results in a saturated 'long-lived mode' (LLM) that causes little confinement degradation. At the other extreme, the quadrupole geometry of the perturbed pressure field evolves into a ballooning finger that subsequently transitions from exponential to explosive growth. The finger eventually leads to a fast disruption with precursors too short for any mitigation effort. Interestingly, the saturated LLM state is found to be metastable; it also can be driven explosively unstable by finite-amplitude perturbations. Similarities to some high-β disruptions in reversed-shear discharges are discussed.

日本語訳

臨界安定性からそれほど遠くない一部の低次キンク・バルーニングモードは、背景の輸送レベルと線形摂動振幅に鋭敏に依存する、非常に異なる2つの非線形経路間の分岐を示すことが示されている。本研究で対象とする特定の不安定性は、[成分]によって支配される[モード]である。これは、弱い磁気シア中の大きな圧力勾配によって駆動され、様々な高[β]ハイブリッドシナリオにおいて出現し得る。ここでは、安全係数の最小値付近の領域が不安定性に必要な弱シア条件を提供する逆シア平衡において調査される。あるパラメータ範囲では、比較的穏やかな経路が、閉じ込めの劣化をほとんど伴わない飽和した「長寿命モード」(LLM)をもたらす。もう一方の極端な場合では、摂動圧力場の四重極形状がバルーニングフィンガーへと発展し、その後、指数関数的成長から爆発的成長へと遷移する。このフィンガーは最終的に、いかなる緩和手段も間に合わないほど短い前駆現象を伴う高速ディスラプションへと至る。興味深いことに、飽和したLLM状態は準安定であることが見出されており、有限振幅摂動によって爆発的不安定性へと駆動され得る。逆シア放電におけるいくつかの高[β]ディスラプションとの類似性について議論する。

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Plasma disruption
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