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Impact of plasma response on plasma displacements in DIII-D during application of external 3D perturbations

A. Wingen, N.M. Ferraro, M.W. Shafer, E.A. Unterberg, T.E. Evans, D.L. Hillis, P.B. Snyder2014年被引用 21Nuclear FusionIF 3出版社

The effects of applied 3D resonant magnetic perturbations are modelled with and without self-consistent plasma response. The plasma response is calculated using a linear two-fluid model. A synthetic diagnostic is used to simulate soft x-ray (SXR) emission within the steep gradient region of the pedestal, 0.98 > ψ > 0.94. Two methods for simulating the SXR emission given the perturbed fields are considered. In the first method, the emission is assumed to be constant on magnetic field lines, with the emission on each line determined by the penetration depth into the plasma. In the second method, the emission is taken to be a function of the perturbed electron temperature and density calculated by the two-fluid model. It is shown that the latter method is more accurate within the plasma, but is inadequate in the scrape-off layer due to the breakdown of the linearized temperature equation in the two-fluid model. The resulting synthetic emission is compared to measured SXR data, which show helical m = 11 ± 1 displacements around the 11/3 rational surface of sizes up to 5 cm, depending on the poloidal angle. The helical displacements around the 11/3 surface are identified to be directly related to the kink response, caused by amplification of non-resonant components of the magnetic field due to plasma response. The role of different plasma parameters is investigated, but it appears that the electron rotation plays a key role in the formation of screening and resonant amplification, while the kinking appears to be sensitive to the edge current density. It is also hypothesized that the plasma response affects the edge-localized-mode (ELM) stability, i.e. the discharge's operational point relative to the peeling–ballooning stability boundary.

日本語訳

印加された3次元共鳴磁場摂動の効果は、自己無撞着なプラズマ応答の有無の両方でモデル化される。プラズマ応答は線形二流体モデルを用いて計算される。合成診断法を用いて、ペデスタルの急峻勾配領域(0.98 > ψ > 0.94)における軟X線(SXR)放射をシミュレートする。摂動場が与えられたときのSXR放射をシミュレートする2つの方法が検討される。第1の方法では、放射は磁力線上で一定であると仮定され、各磁力線上の放射はプラズマへの侵入深さによって決定される。第2の方法では、放射は二流体モデルによって計算された摂動電子温度と密度の関数とされる。後者の方法はプラズマ内部ではより正確であるが、二流体モデルにおける線形化された温度方程式の破綻により、スクレイプオフ層では不十分であることが示される。得られた合成放射は測定されたSXRデータと比較され、そのデータはポロイダル角度に依存して最大5 cmの大きさの、11/3有理面周りの螺旋状のm = 11 ± 1変位を示す。11/3面周りの螺旋変位は、プラズマ応答による非共鳴成分の増幅に起因するキンク応答に直接関連していることが特定される。異なるプラズマパラメータの役割が調査されるが、電子回転がスクリーニングと共鳴増幅の形成に主要な役割を果たす一方、キンクはエッジ電流密度に敏感であるように見える。また、プラズマ応答がエッジ局在モード(ELM)安定性、すなわちペデスタル・バルーニング安定境界に対する放電の運転点に影響を与えるという仮説が立てられる。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-D
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