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Long-lived coupled peeling ballooning modes preceding ELMs on JET

C. Perez von Thun, L. Frassinetti, L. Horvath, S. Saarelma, L. Meneses, E. de la Luna, M. Beurskens, J. Boom, J. Flanagan, J.C. Hillesheim2019年被引用 11Nuclear FusionIF 3出版社

In some JET discharges, type-I edge localised modes (ELMs) are preceded by a class of low-frequency oscillations (Perez et al 2004 Nucl. Fusion44 609). While in many cases the ELM is triggered during the growth phase of this oscillation, it is also observed that this type of oscillation can saturate and last for several tens of ms until an ELM occurs. In order to identify the nature of these modes, a wide pre-ELM oscillation database, including detailed pedestal profile information, has been assembled and analysed in terms of MHD stability parameters. The existence domain of these pre-ELM oscillations and the statistical distribution of toroidal mode numbers (n) up to n  =  16 have been mapped in ballooning alpha () and either edge current density () or pedestal collisionality () coordinates and compared to linear MHD stability predictions. The pre-ELM oscillations are reliably observed when the ratio is high enough for the pedestal to access the coupled peeling-ballooning (PB) domain (aka stability nose). Conversely, when the pedestal is found to be in or near the high-n ballooning domain (which is at low ratio), ELMs are usually triggered promptly, i.e. with no detectable pre-ELM oscillations, or with pre-ELM oscillations only observable on ECE whose n appears to be too high to be resolved by the magnetics. Individual discharges can sometimes exhibit a fairly wide range of pre-ELM mode numbers, but for a wider database, the statistical n-number domains are found to be well ordered along the stability boundary and behave as expected from PB theory: the higher the ratio, the lower the mode's measured n tends to be. Within the measurement uncertainties, the measured n is usually found to be compatible with the most unstable n predicted by the linear stability code MISHKA1. These results confirm the earlier hypothesis that these modes are coupled peeling-ballooning modes, and extend and generalise to higher-mode numbers the work by Huysmans et al (1998 Nucl. Fusion38 179), who identified the lowest n modes as pure external kink modes. Since the destabilisation of PB modes is widely accepted to give rise to ELMs, the mode saturation and delayed ELM triggering that is sometimes observed is rather unexpected. Possibilities to reconcile the extended lifetime of these modes with current ELM models are briefly discussed, but will require further investigation.

日本語訳

いくつかのJET放電において、タイプIエッジ局在モード(ELM)の前には、ある種の低周波振動が発生する(Perez et al 2004 Nucl. Fusion44 609)。多くの場合、ELMはこの振動の成長段階中に誘発されるが、この種の振動が飽和し、ELMが発生するまで数10ミリ秒持続することも観測されている。これらのモードの性質を特定するために、詳細なペデスタルプロファイル情報を含む広範なpre-ELM振動データベースが構築され、MHD安定性パラメータの観点から分析された。これらのpre-ELM振動の存在領域と、n≤16までのトロイダルモード数(n)の統計的分布は、バルーニングαおよびエッジ電流密度またはペデスタル衝突度の座標でマッピングされ、線形MHD安定性予測と比較された。pre-ELM振動は、ペデスタルが結合ピーリング・バルーニング(PB)領域(すなわち安定性ノーズ)にアクセスできるほどα比が高い場合に確実に観測される。逆に、ペデスタルが高nバルーニング領域(α比が低い)にあるかその近くにある場合、ELMは通常、検出可能なpre-ELM振動を伴わずに即座に誘発されるか、またはECEでのみ観測可能なpre-ELM振動を伴うが、そのnは磁気測定では分解できないほど高すぎると思われる。個々の放電では、pre-ELMモード数のかなり広い範囲が見られることがあるが、より広範なデータベースでは、統計的なn数の領域は安定性境界に沿って秩序正しく分布し、PB理論から予測される挙動と一致することが見出された:α比が高いほど、測定されるモードのnは低くなる傾向がある。測定の不確実性の範囲内で、測定されたnは通常、線形安定性コードMISHKA1によって予測される最も不安定なnと一致する。これらの結果は、これらのモードが結合ピーリング・バルーニングモードであるという以前の仮説を確認し、Huysmanら(1998 Nucl. Fusion38 179)の研究を高モード数に拡張・一般化するものであり、彼らは最低次のnモードを純粋な外部キンクモードとして特定した。PBモードの不安定化がELMを引き起こすと広く受け入れられていることから、時折観測されるモードの飽和やELM誘発の遅延はむしろ予想外である。これらのモードの延長された寿命を現在のELMモデルと整合させる可能性について簡潔に議論するが、さらなる調査が必要である。

装置

jet高精度(タイトル一致)

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JETEdge localized modeBallooning mode
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