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On the requirements to control neoclassical tearing modes in burning plasmas

O Sauter, M A Henderson, G Ramponi, H Zohm, C Zucca2010年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Neoclassical tearing modes (NTMs) are magnetic islands which increase locally the radial transport and therefore degrade the plasma performance. They are self-sustained by the bootstrap current perturbed by the enhanced radial transport. The confinement degradation is proportional to the island width and to the position of the resonant surface. The q = 2 NTMs are much more detrimental to the confinement than the 3/2 modes due to their larger radii. NTMs are metastable in typical scenarios with βN ⩾ 1 and in the region where the safety factor is increasing with radius. This is due to the fact that the local perturbed pressure gradient is sufficient to self-sustain an existing magnetic island. The main questions for burning plasmas are whether there is a trigger mechanism which will destabilize NTMs, and what is the best strategy to control/avoid the modes. The latter has to take into account the main aim which is to maximize the Q factor, but also the controllability of the scenario. Standardized and simplified equations are proposed to enable easier prediction of NTM control in burning plasmas from present experimental results. The present expected requirements for NTM control with localized electron cyclotron current drive (ECCD) in ITER are discussed in detail. Other aspects of the above questions are also discussed, in particular the role of partial stabilization of NTMs, the possibility to control NTMs at small size with little ECH power and the differences between controlling NTMs at the resonant surface or controlling the main trigger source, for the standard scenario namely the sawteeth. It is shown that there is no unique best strategy, but several tools are needed to most efficiently reduce the impact of NTMs on burning plasmas.

日本語訳

新古典ティアリングモード(NTM)は磁気島であり、半径方向輸送を局所的に増大させ、その結果プラズマ性能を低下させる。これらは、増大した半径方向輸送によって摂動を受けたブートストラップ電流によって自己維持される。閉じ込めの劣化は、島の幅と有理面の位置に比例する。q = 2のNTMは、その半径が大きいため、3/2モードよりも閉じ込めに対してはるかに有害である。NTMは、βN ⩾ 1かつ安全係数が半径とともに増加する領域における典型的なシナリオにおいて準安定である。これは、局所的な摂動圧力勾配が既存の磁気島を自己維持するのに十分であるためである。燃焼プラズマにおける主な課題は、NTMを不安定化させるトリガー機構が存在するかどうか、そしてモードを制御・回避するための最適な戦略は何かということである。後者については、Q因子を最大化するという主目的を考慮する必要があるが、シナリオの制御可能性も考慮しなければならない。燃焼プラズマにおけるNTM制御の予測を、現在の実験結果から容易にするための標準化・簡略化された方程式が提案されている。ITERにおける局所電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を用いたNTM制御の現在の予想要件について詳しく議論する。上記の課題の他の側面、特にNTMの部分安定化の役割、小さなECHパワーで小型装置においてNTMを制御する可能性、そして標準シナリオである鋸歯状振動について、有理面でNTMを制御することと主たるトリガー源を制御することの違いについても議論する。唯一の最適な戦略は存在せず、燃焼プラズマにおけるNTMの影響を最も効率的に低減するには複数のツールが必要であることが示される。

装置

iter中精度(概要文一致)

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Tearing modeNeoclassical tearing modeBurning plasma
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