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MHD simulations of small ELMs at low triangularity in ASDEX Upgrade

A Cathey, M Hoelzl, G Harrer, M G Dunne, G T A Huijsmans, K Lackner, S J P Pamela, E Wolfrum, S Günter, the JOREK Team2022年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The development of small and no-ELM regimes for ITER is a high priority topic due to the risks associated with type-I ELMs. By considering non-linear extended magnetohydrodynamic (MHD) simulations of the ASDEX Upgrade tokamak with the JOREK code, we probe a regime that avoids type-I ELMs completely, provided that the separatrix density is high enough. The dynamics of the pedestal in this regime are observed to be qualitatively similar to the so-called quasi-continuous exhaust regime in several ways. Repetitive type-I ELMs are substituted by roughly constant levels of outward transport, caused by peeling-ballooning modes (with dominant ballooning characteristics) which are localised in the last 5% of the confined region (in normalised poloidal flux). The simulated low triangularity plasma transitions to a type-I ELMy H-mode if the separatrix density is sufficiently reduced or if the input heating power is sufficiently increased. The stabilising factors that play a role in the suppression of the small ELMs are also investigated by analysing the simulations, and the importance of including diamagnetic effects in the simulations is highlighted. By considering a scan in the pedestal resistivity and by comparing the poloidal velocity of the modes to theoretical estimates for ideal and resistive modes, we identify the underlying instabilities as resistive peeling-ballooning modes. Decreasing the resistivity below experimentally-relevant conditions (i.e. going towards ideal MHD), the peeling-ballooning modes that constrain the pedestal below the type-I ELM stability boundary display sharply decreasing growth rates.

日本語訳

核融合装置ITERにおける小型および無ELM運転領域の開発は、Type-I ELMに伴うリスクのため、優先度の高い課題である。ASDEX Upgradeトカマクの非線形拡張磁気流体力学(MHD)シミュレーションをJOREKコードを用いて実施し、セパラトリックス密度が十分に高い場合にType-I ELMを完全に回避する運転領域を検証した。この領域におけるペデスタルの動力学は、いわゆる準連続排気領域と定性的に類似していることが観測された。繰り返し発生するType-I ELMは、ほぼ一定レベルの外向き輸送に置き換えられ、これは(規格化ポロイダル磁束で)閉じ込め領域の最後の5%に局在するペデスタル・バルーニング特性(バルーニング優勢の特性を有する)モードによって引き起こされる。低トリ角形度のプラズマは、セパラトリックス密度を十分に低減するか、または加熱入力を十分に増加させると、Type-I ELMを伴うHモードへ遷移する。小型ELMの抑制に寄与する安定化因子についてもシミュレーション解析を通じて調査し、シミュレーションにおけるダイアマグネティック効果の導入の重要性を強調した。ペデスタル抵抗率のスキャンと、モードのポロイダル速度を理想モードおよび抵抗性モードに対する理論的推定値と比較することにより、基礎となる不安定性を抵抗性ペデスタル・バルーニングモードとして同定した。抵抗率を実験的に妥当な条件(すなわち理想MHDへ向かう条件)よりも低下させると、ペデスタルをType-I ELM安定性限界以下に制約するペデスタル・バルーニングモードの成長率は急激に減少する。

装置

asdex-upgrade高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

wiki

MagnetohydrodynamicsASDEXEdge localized modeASDEX UpgradeTriangularity
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