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Collisionality dependence and ion species effects on heat transport in He and H plasma, and the role of ion scale turbulence in LHD

K. Tanaka, K. Nagaoka, S. Murakami, H. Takahashi, M. Osakabe, M. Yokoyama, R. Seki, C.A. Michael, H. Yamaguchi, C. Suzuki2017年被引用 15Nuclear FusionIF 3出版社

Surveys of the ion and electron heat transports of neutral beam (NB) heating plasma were carried out by power balance analysis in He and H rich plasma at LHD. Collisionality was scanned by changing density and heating power. The characteristics of the transport vary depending on collisionality. In low collisionality, with low density and high heating power, an ion internal transport barrier (ITB) was formed. The ion heat conductivity (χi) is lower than electron heat conductivity (χe) in the core region at ρ  <  0.7. On the other hand, in high collisionality, with high density and low heating power, χi is higher than χe across the entire range of plasma. These different confinement regimes are associated with different fluctuation characteristics. In ion ITB, fluctuation has a peak at ρ  =  0.7, and in normal confinement, fluctuation has a peak at ρ  =  1.0. The two confinement modes change gradually depending on the collisionality. Scans of concentration ratio between He and H were also performed. The ion confinement improvements were investigated using gyro-Bohm normalization, taking account of the effective mass and charge. The concentration ratio affected the normalized χi only in the edge region (ρ ~ 1.0). This indicates ion species effects vary depending on collisionality. Turbulence was modulated by the fast ion loss instability. The modulation of turbulence is higher in H rich than in He rich plasma.

日本語訳

LHDにおけるHeリッチおよびHリッチプラズマ中の中性粒子ビーム(NB)加熱プラズマのイオンおよび電子熱輸送の測定を、パワーバランス解析により実施した。衝突頻度は密度と加熱パワーを変化させることで走査した。輸送の特性は衝突頻度に依存して変化する。低衝突頻度では、低密度かつ高加熱パワーにおいて、イオン内部輸送障壁(ITB)が形成された。コア領域(ρ < 0.7)では、イオン熱拡散係数(χi)は電子熱拡散係数(χe)よりも低い値となった。一方、高衝突頻度では、高密度かつ低加熱パワーにおいて、χiはプラズマ全域にわたってχeよりも高い値となった。これらの異なる閉じ込め状態は、異なる揺動特性と関連している。イオンITB状態では、揺動はρ = 0.7でピークを示し、通常閉じ込め状態では、揺動はρ = 1.0でピークを示した。この2つの閉じ込めモードは、衝突頻度に依存して徐々に変化する。HeとHの濃度比の走査も実施した。イオン閉じ込めの改善は、有効質量と電荷を考慮したジャイロボーム正規化を用いて評価された。濃度比は、端部領域(ρ ~ 1.0)においてのみ正規化χiに影響を及ぼした。これは、イオン種の効果が衝突頻度に依存して変化することを示している。乱流は高速イオン損失不安定性によって変調された。乱流の変調は、HeリッチプラズマよりもHリッチプラズマにおいてより顕著であった。

装置

lhd高精度(タイトル一致)

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LHDHeat transportCollisionality
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