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Mechanism of enhanced ion temperature by impurity seeding in EAST H-mode plasma

Xiuda Yang, Xianzu Gong, Jinping Qian, Yifei Jin, Pierre Manas, Pan Li, Clarisse Bourdelle, Yuqi Chu, Bin Zhang, Yingjie Chen2024年Nuclear FusionIF 3出版社

Ion temperature (Ti) profiles are commonly observed to increase in peaking, leading to higher central Ti, after impurity seeding in the EAST H-mode plasma. Argon can be more efficient at raising Ti than neon. Toroidal rotation can also be enhanced in scenarios with NBI heating. A more significant increase in toroidal rotation is brought about by seeding argon than seeding neon. Turbulence is experimentally observed to be suppressed. Extensive modeling using the quasilinear gyrokinetic code QuaLiKiz is performed to explain the above observations. It is found that the enhanced Ti can always be explained by the turbulence stabilization. However, the mechanism of turbulence stabilization is related to heating methods and the seeding impurity species. In the pure RF (ECRH + LHW) heating scenarios, where only the trapped electron mode (TEM) exists, argon can stabilize the TEM more significantly than neon due to its higher charge and heavier mass. In scenarios with increasing NBI power, the ion heat flux can be dominated by the ion temperature gradient (ITG), thus the enhanced Ti is mainly attributed to ITG stabilization. In these cases, except argon's ability to more efficiently stabilize TEM, more evident increased toroidal rotation brought about by argon seeding can also be beneficial to stabilize turbulence.

日本語訳

イオン温度(Ti)分布は、EAST Hモードプラズマにおいて不純物シーディング後にピーキングが増加し、中心Tiが高くなることが一般的に観測されている。アルゴンはネオンよりもTiを上昇させるのにより効率的であり得る。トロイダル回転もNBI加熱を伴うシナリオで増強され得る。アルゴンのシーディングはネオンのシーディングよりも、トロイダル回転のより顕著な増加をもたらす。乱流は実験的に抑制されることが観測されている。上記の観測を説明するために、準線形ジャイロ運動論コードQuaLiKizを用いた広範なモデリングが実施されている。増強されたTiは常に乱流の安定化によって説明できることが見出された。しかしながら、乱流安定化のメカニズムは加熱方法とシーディング不純物種に関連している。純RF(ECRH+LHW)加熱シナリオでは、捕捉電子モード(TEM)のみが存在し、アルゴンはその高い電荷と重い質量のために、ネオンよりもTEMをより顕著に安定化できる。NBIパワーが増加するシナリオでは、イオン熱流束はイオン温度勾配(ITG)によって支配され得るため、増強されたTiは主にITGの安定化に帰属される。これらの場合、アルゴンがTEMをより効率的に安定化する能力に加えて、アルゴンシーディングによってもたらされるより顕著なトロイダル回転の増加も乱流の安定化に有益であり得る。

装置

east高精度(タイトル一致)

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EASTImpurityH-modeImpurity seeding
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