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Resistive wall stabilization of rotating edge modes in tokamaks

V D Pustovitov, V V Yanovskiy2014年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The stability of short-wavelength rotating modes is analysed with emphasis on their electromagnetic interaction with a nearby resistive wall. These are the edge modes such as and similar to the edge harmonic oscillations observed in the DIII-D (Burrell et al 2013 Nucl. Fusion53 073038) and other tokamaks. The existing approaches consider them assuming the wall to be ideal or disregarding the wall effect. Here, on the contrary, the wall is treated as a real conductor that serves as an energy sink. Then, in the regime where the resistive dissipation increases with the mode rotation, a dynamically maintained state with a given level of energy loss can be achieved at a given perturbation amplitude. In this model, the edge harmonic oscillation-like oscillations are described as the rotationally stabilized fast resistive wall modes (RWMs), though with larger m (poloidal wave number) compared to conventional RWMs. The cylindrical dispersion relation accounting for skin effect in the wall is solved numerically for such modes with m from 2 to 10, and the results are compared with the predictions of earlier analytical thin-wall and thick-wall theories. The computations cover a gap between them, prove their applicability in wider ranges than implied by the derivation orderings and provide better quantitative background for stability analysis. It shows that the combined effect of the mode rotation and the resistive dissipation in the wall can be an essential element in the dynamics of the edge oscillations with frequencies from several to tens kHz in tokamaks.

日本語訳

短波長回転モードの安定性を、近傍の抵抗性壁との電磁相互作用に焦点を当てて解析する。これらは、DIII-D(Burrellら、2013年、Nucl. Fusion 53、073038)やその他のトカマクで観測されたエッジ高調波振動に類似したエッジモードである。既存のアプローチでは、壁を理想導体と仮定するか、壁の効果を無視してこれらのモードを考察している。ここでは、それとは対照的に、壁をエネルギー散逸源として機能する実導体として扱う。そして、抵抗性散逸がモード回転とともに増大する領域において、所与の摂動振幅に対して、所与のエネルギー損失レベルを伴う動的に維持された状態が達成され得ることを示す。このモデルでは、エッジ高調波振動に類似した振動は、従来の抵抗性壁モード(RWM)と比較してより大きなポロイダル波数mを有するものの、回転により安定化された高速抵抗性壁モードとして記述される。壁内の表皮効果を考慮した円筒分散関係を、m=2から10までのモードについて数値的に解き、その結果を従来の解析的薄壁理論および厚壁理論による予測と比較する。計算結果は両理論の間のギャップを埋め、導出の次数条件が示すよりも広い範囲でのそれらの適用可能性を実証し、安定性解析のためのより定量的な基盤を提供する。この結果は、モード回転と壁内の抵抗性散逸の複合効果が、トカマクにおける数kHzから数十kHzの周波数を有するエッジ振動のダイナミクスにおいて本質的な要素となり得ることを示している。

装置

diii-d中精度(概要文一致)
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