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Reducing the L-H transition power threshold in ITER-similar-shape DIII-D hydrogen plasmas

L. Schmitz, R.S. Wilcox, D. Shiraki, T.L. Rhodes, Z. Yan, G.R. McKee, K.J. Callahan, C. Chrystal, S.R. Haskey, Y.Q. Liu2022年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

Recent dedicated DIII-D experiments in low-torque, ITER-similar-shape (ISS) hydrogen plasmas (at a plasma current Ip ∼ 1.5 MA and ITER-similar edge safety factor q95 ∼ 3.6) show that the L-H transition power threshold PLH can be reduced substantially (∼30%) with L-mode helium admixtures nHe/ne ⩽ 25%. In the ensuing H-mode, helium ion fractions nHe/nH remain below 25%. H-mode normalized pressure and confinement quality are only slightly affected by helium seeding, and Zeff ⩽ 2.15 (including helium and carbon content). The plasmas investigated here are electron-heat dominated, with temperatures Te(0)/Ti(0) ⩾ 1 and edge heat flux ratio Qe/Qi(ρ = 0.95) ∼ 1.2–1.5. Without mitigation, PLH is higher by a factor of 2–3 in comparison to similar ISS deuterium plasmas. ISS hydrogen plasmas with lower plasma current Ip ∼ 1 MA (increased edge safety factor q95 ∼ 5.1) exhibit a substantially lower power threshold. This plasma current dependence, also observed previously on ASDEX-U and in JET, is not accounted for by the commonly used 2008 ITPA multi-machine threshold scaling, but could potentially allow H-mode access at marginal heating power during the initial plasma current ramp-up. Attempts to reduce PLH with low-field- and high-field-side hydrogen pellet injection, using 1.7 mm diameter pellets, have not demonstrated a robust threshold reduction, in contrast to successful earlier experiments with larger 2.7 mm pellets. Techniques for reducing PLH are very important for ITER, in particular for accessing H-mode in hydrogen plasmas during the Pre-Fusion Power Operation-1 (PFPO-1) campaign with marginal auxiliary heating power (20–30 MW of ECH).

日本語訳

最近のDIII-Dにおける低トルク、ITER類似形状(ISS)水素プラズマ(プラズマ電流Ip ∼ 1.5 MA、ITER類似の端部安全係数q95 ∼ 3.6)を用いた専用実験により、L-H遷移電力閾値PLHは、Lモードのヘリウム混入nHe/ne ⩽ 25%によって大幅に(∼30%)低減できることが示された。その後のHモードでは、ヘリウムイオン分率nHe/nHは25%未満に留まる。Hモードの規格化圧力と閉じ込め品質はヘリウムシーディングによってわずかに影響を受けるのみであり、Zeff ⩽ 2.15(ヘリウムと炭素含有量を含む)である。ここで調査したプラズマは電子加熱支配であり、温度比Te(0)/Ti(0) ⩾ 1、端部熱流束比Qe/Qi(ρ = 0.95) ∼ 1.2–1.5である。緩和策を講じない場合、PLHは類似のISS重水素プラズマと比較して2–3倍高い。より低いプラズマ電流Ip ∼ 1 MA(増加した端部安全係数q95 ∼ 5.1)のISS水素プラズマは、 substantially 低い電力閾値を示す。このプラズマ電流依存性は、以前にASDEX-UやJETでも観測されているが、一般的に使用される2008年ITPA多機種閾値スケーリングでは説明されておらず、初期プラズマ電流立ち上げ中の限界的な加熱電力でのHモードアクセスを可能にする可能性がある。1.7 mm径ペレットを用いた低磁場側および高磁場側からの水素ペレット注入によるPLH低減の試みは、より大きな2.7 mmペレットを用いた初期の成功した実験とは対照的に、頑健な閾値低減を示さなかった。PLHを低減する手法はITERにとって非常に重要であり、特に限界的な補助加熱電力(20–30 MWのECH)によるPre-Fusion Power Operation-1(PFPO-1)キャンペーン中の水素プラズマでのHモードアクセスにとって重要である。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter高精度(タイトル一致)asdex-upgrade中精度(概要文一致)jet中精度(概要文一致)

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ITERDIII-DL-H transitionHydrogen plasma
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