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Grassy-ELM regime with edge resonant magnetic perturbations in fully noninductive plasmas in the DIII-D tokamak

R. Nazikian, C.C. Petty, A. Bortolon, Xi Chen, D. Eldon, T.E. Evans, B.A. Grierson, N.M. Ferraro, S.R. Haskey, M. Knolker2018年被引用 35Nuclear FusionIF 3出版社

Resonant magnetic perturbations (n  =  3 RMPs) are used to suppress large amplitude ELMs and mitigate naturally occurring 'grassy'-ELMs in DIII-D plasmas relevant to the ITER steady-state mission. Fully non-inductive discharges in the ITER shape and pedestal collisionality (  ≈  0.05–0.15) are routinely achieved in DIII-D with RMP suppression of the Type-I ELMs. The residual grassy-ELMs deliver a low peak heat flux to the divertor as low as 1.2×  the inter-ELM heat flux in plasmas with sustained high H-factor (H98y2  ≈  1.2). The operating window for the RMP grassy-ELM regime is q95  =  5.3–7.1 and external torque in the range 9–0.7 Nm in the co-Ip direction, which is in the range required for a steady-state tokamak reactor. The RMP grassy-ELM regime is associated with a two-step pedestal, with strong flattening of the density around the zero crossing in the E  ×  B shear. The edge magnetic response of the plasma to the n  =  3 RMP is found to be  ≈2–3×  larger than for comparable ITER baseline plasmas (βN  ≈  1.8, q95  ≈  3.1). The amplification of the RMP is consistent with the weak magnetic perturbation level (δB/B  ≈  1  ×  10−4) required for effective Type-I ELM suppression. Cyclic variations in the pedestal pressure, width, and toroidal rotation are observed in these plasmas, correlated with cyclic variations in the strength and frequency of the grassy-ELMs. Extended MHD analysis and magnetic measurements indicate that these pedestal pulsations are driven by cyclic variations in the resonant field strength at the top of the pedestal. These pedestal pulsations reveal that the grassy-ELMs is correlated with the proximity of the pedestal to the low-n peeling-ballooning mode stability boundary. The use of low amplitude magnetic fields to access grassy-ELM conditions free of Type-I ELMs in high beta poloidal plasmas (βP  ≈  1.5–2.0) opens the possibility for the further optimization of the steady-state tokamak by use of edge resonant magnetic perturbations.

日本語訳

共鳴磁場摂動(n = 3 RMP)は、ITER定常運転ミッションに関連するDIII-Dプラズマにおいて、大振幅ELMを抑制し、自然発生する「グレージー」ELMを緩和するために使用される。ITER形状およびペデスタル衝突度( ≈ 0.05–0.15)における完全非誘導放電は、Type-I ELMのRMP抑制によりDIII-Dで日常的に達成されている。残留するグレージーELMは、高いH因子(H98y2 ≈ 1.2)を維持したプラズマにおいて、ダイバータへの低いピーク熱流束(間欠ELM熱流束の1.2倍程度)をもたらす。グレージーELM体制の運転ウィンドウは、q95 = 5.3–7.1、外部トルクが共回転方向で9–0.7 Nmの範囲であり、これは定常トカマク炉に必要な範囲に相当する。グレージーELM体制は二段階ペデスタルと関連し、E × Bシアのゼロ交差付近で密度の強い平坦化が観測される。n = 3 RMPに対するプラズマの端部磁気応答は、同等のITERベースライン・プラズマ(βN ≈ 1.8、q95 ≈ 3.1)と比較して約2–3倍大きいことが見出された。RMPの増幅は、Type-I ELMの効果的抑制に必要な弱い磁気摂動レベル(δB/B ≈ 1 × 10⁻⁴)と整合的である。これらのプラズマでは、ペデスタル圧力、幅、およびトロイダル回転の周期的変動が観測され、これらはグレージーELMの強度と頻度の周期的変動と相関している。拡張MHD解析および磁気測定は、これらのペデスタル振動がペデスタル頂部における共鳴磁場強度の周期的変動によって駆動されることを示している。これらのペデスタル振動は、グレージーELMが低次のピーリング・バルーニングモード安定性境界へのペデスタルの近接性と相関していることを明らかにしている。高ベータ・ポロイダル・プラズマ(βP ≈ 1.5–2.0)においてType-I ELMを含まないグレージーELM条件を達成するための低振幅磁場の使用は、端部共鳴磁場摂動の利用による定常トカマクのさらなる最適化の可能性を開くものである。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter中精度(概要文一致)

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DIII-DEdge localized modeMagnetic perturbationResonant magnetic perturbation
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