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Transport simulation of EAST long-pulse H-mode discharge with integrated modeling

M.Q. Wu, G.Q. Li, J.L. Chen, H.F. Du, X. Gao, Q.L. Ren, K. Li, Vincent Chan, C.K. Pan, S.Y. Ding2018年被引用 25Nuclear FusionIF 3出版社

In the 2017 EAST experimental campaign, a steady-state long-pulse H-mode discharge lasting longer than 100 s has been obtained using only radio frequency heating and current drive, and the confinement quality is slightly better than standard H-mode, H98y2 ~ 1.1, with stationary peaked electron temperature profiles. Integrated modeling of one long-pulse H-mode discharge in the 2016 EAST experimental campaign has been performed with equilibrium code EFIT, and transport codes TGYRO and ONETWO under integrated modeling framework OMFIT. The plasma current is fully-noninductively driven with a combination of ~2.2 MW LHW, ~0.3 MW ECH and ~1.1 MW ICRF. Time evolution of the predicted electron and ion temperature profiles through integrated modeling agree closely with that from measurements. The plasma current (Ip ~ 0.45 MA) and electron density are kept constantly. A steady-state is achieved using integrated modeling, and the bootstrap current fraction is ~28%, the RF drive current fraction is ~72%. The predicted current density profile matches the experimental one well. Analysis shows that electron cyclotron heating (ECH) makes large contribution to the plasma confinement when heating in the core region while heating in large radius does smaller improvement, also a more peaked LHW driven current profile is got when heating in the core. Linear analysis shows that the high-k modes instability (electron temperature gradient driven modes) is suppressed in the core region where exists weak electron internal transport barriers. The trapped electron modes dominates in the low-k region, which is mainly responsible for driving the electron energy flux. It is found that the ECH heating effect is very local and not the main cause to sustained the good confinement, the peaked current density profile has the most important effect on plasma confinement improvement. Transport analysis of the long-pulse H-mode experiments on EAST will be helpful to build future experiments.

日本語訳

2017年のEAST実験キャンペーンにおいて、無線周波数加熱と電流駆動のみを用いて、100秒を超えて持続する定常状態の長時間パルスHモード放電が得られ、閉じ込め品質は標準的なHモードよりわずかに良く、H98y2~1.1であり、定常的なピーク状の電子温度分布を有していた。2016年のEAST実験キャンペーンにおける1つの長時間パルスHモード放電の統合モデリングが、平衡コードEFIT、輸送コードTGYROおよびONETWOを用いて、統合モデリングフレームワークOMFITの下で実施された。プラズマ電流は、約2.2 MWのLHW、約0.3 MWのECH、および約1.1 MWのICRFの組み合わせにより、完全に非誘導的に駆動されている。統合モデリングによる予測された電子温度およびイオン温度分布の時間発展は、測定値と密接に一致する。プラズマ電流(Ip~0.45 MA)と電子密度は一定に保たれている。統合モデリングを用いて定常状態が達成され、ブートストラップ電流割合は約28%、RF駆動電流割合は約72%である。予測された電流密度分布は実験値とよく一致する。解析により、電子サイクロトロン加熱(ECH)は、コア領域での加熱時にプラズマ閉じ込めに大きく寄与する一方、大きな半径での加熱は改善が小さく、またコアでの加熱時にはよりピーク状のLHW駆動電流分布が得られることが示された。線形解析により、弱い電子内部輸送障壁が存在するコア領域では、高kモードの不安定性(電子温度勾配駆動モード)が抑制されることが示された。捕捉電子モードは低k領域で支配的であり、主に電子エネルギー束を駆動する原因となっている。ECH加熱効果は非常に局所的であり、良好な閉じ込めを維持する主な原因ではなく、ピーク状の電流密度分布がプラズマ閉じ込め改善に最も重要な効果を持つことが見出された。EASTにおける長時間パルスHモード実験の輸送解析は、将来の実験を構築する上で有用であろう。

装置

east高精度(タイトル一致)

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EASTH-mode
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