The existence of an electron heat pinch has been experimentally investigated in ASDEX-Upgrade in plasmas with strong off-axis electron cyclotron heating (ECH). Localization of 1.6 MW of ECH power at ρdep = 0.65 in plasmas with low Ohmic power (<100 kW) still resulted in peaked electron temperature (Te) profiles at densities ne0 ∼ 2.7 × 1019 m−3. Two out of four gyrotrons were modulated in order to study convective effects also on the Te transient response at different frequencies. Peculiar profiles of the modulation amplitude have been measured, very flat in the region just inside ρdep (0.3 < ρtor < 0.65) or even increasing rather than decreasing away from ρdep on the inner side. The phase profiles instead regularly indicate the propagation of the heat wave in both directions away from ρdep. Power balance analysis shows that the heat flux in the core region is very close to zero, but uncertainties do not allow a clear determination of its sign. Modelling steady-state and modulation results with an empirical model featuring a diffusive term characterized by a critical gradient length (LTe = −Te/∇Te) behaviour and a constant Gaussian shaped heat pinch profile allows good reproduction of the data when the region just inside ρdep is close to the critical threshold and oscillates around it, and a small convective term U ∼ 1–2 m s−1 is present in the same region. At higher density the Te profile becomes flatter and the amplitude profiles recover the usual shape with stronger decay inside with respect to outside ρdep. In this case no heat pinch is needed and the plasma goes below the critical threshold inside ρdep. The results are consistent with the theoretical prediction of a turbulence regulated by a threshold in R/LTe and a small turbulence generated electron heat pinch term. However initial attempts to perform first principle-based simulations using the quasi-linear electrostatic drift wave Weiland model have failed to reproduce the experimental results.
電子熱ピンチの存在が、強いオフアクシス電子サイクロトロン加熱(ECH)を伴うASDEX-Upgradeプラズマにおいて実験的に調査された。ρdep = 0.65における1.6 MWのECHパワーの局在化は、低いオーミックパワー(<100 kW)の条件下でも、密度ne0 ∼ 2.7 × 10^19 m^-3においてピークを持つ電子温度(Te)分布をもたらした。4つのジャイロトロンのうち2つを変調し、Teの過渡応答に対する対流効果を異なる周波数で調べた。変調振幅の特異な分布が測定され、ρdepの内側領域(0.3 < ρtor < 0.65)では非常に平坦であり、あるいはρdepから離れるにつれて減少するどころか増加する場合もあった。一方、位相分布はρdepから両方向への熱波の伝播を規則的に示した。パワーバランス解析によれば、コア領域における熱流束はゼロに非常に近いが、その符号を明確に決定するには不確実性が大きすぎる。定常状態および変調結果を、臨界勾配長(LTe = −Te/∇Te)挙動を特徴とする拡散項と、一定のガウス形状の熱ピンチ項を備えた経験モデルを用いてモデル化したところ、ρdepのすぐ内側の領域が臨界値に近く、その周囲で振動する場合にデータを良好に再現でき、また同じ領域に小さな対流項U ∼ 1–2 m s^-1が存在することが示された。より高い密度では、Te分布はより平坦になり、振幅分布はρdepの内側でより強い減衰を示す通常の形状に回復した。この場合、熱ピンチは不要であり、プラズマはρdepの内側で臨界値以下となる。これらの結果は、R/LTeにおける閾値によって制御される乱流と、小さな乱流生成電子熱ピンチ項に関する理論的予測と一致する。しかしながら、準線形静電ドリフト波Weilandモデルを用いた第一原理シミュレーションによる初期の試みは、実験結果を再現することに失敗した。