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Estimating cross-field particle transport at the outer midplane of TCV by tracking filaments with machine learning

W. Han, N. Offeddu, T. Golfinopoulos, C. Theiler, J.L. Terry, C. Wüthrich, D. Galassi, C. Colandrea, E.S. Marmar, the TCV Team2023年Nuclear FusionIF 3出版社

Cross-field transport of particles in the boundary region of magnetically confined fusion plasmas is dominated by turbulence. Blobs, intermittent turbulent structures with large amplitude and a filamentary shape appearing in the scrape-off layer (SOL), are known from theoretical and experimental studies to be the main contributor to the cross-field particle transport. The dynamics of blobs differs depending on various plasma conditions, including triangularity (δ). In this work, we analyze triangularity dependence of the cross-field particle transport at the outer midplane of plasmas with , +0.15, −0.14, and −0.26 on the Tokamak à Configuration Variable, using our novel machine learning (ML) blob-tracking approach applied to gas puff imaging data. The cross-field particle flux determined in this way is of the same order as the overall transport inferred from KN1D, GBS, and SOLPS-ITER simulations, suggesting that the blobs identified by the ML blob-tracking account for most of the cross-field particle transport in the SOL. Also, the ML blob-tracking and KN1D show a decrease in the cross-field particle transport as δ becomes more negative. The blob-by-blob analysis of the result from the tracking reveals that the decrease of cross-field particle transport with decreasing δ is accompanied by a decrease in the number of blobs in a fixed time, which tend to have larger area and lower radial speed. Also, the blobs in these plasmas are in the connected sheath regime, and show a velocity scaling consistent with the two-region model.

日本語訳

磁場閉じ込め核融合プラズマの境界領域における粒子の磁場横断輸送は、乱流によって支配される。ブロブ(スクレイプオフ層(SOL)に現れる、大きな振幅とフィラメント状の形状を持つ間欠的乱流構造)は、理論的および実験的研究から、磁場横断粒子輸送の主な要因であることが知られている。ブロブのダイナミクスは、三角形度(δ)を含む様々なプラズマ条件に依存して異なる。本研究では、ガスパフイメージングデータに適用した我々の新しい機械学習(ML)ブロブ追跡手法を用いて、Tokamak à Configuration Variable 上で δ が , +0.15, −0.14, −0.26 であるプラズマの外側中平面における磁場横断粒子輸送の三角形度依存性を解析する。このようにして決定された磁場横断粒子束は、KN1D、GBS、およびSOLPS-ITERシミュレーションから推定される全体輸送と同程度であり、MLブロブ追跡によって同定されたブロブがSOL内の磁場横断粒子輸送の大部分を説明することを示唆している。また、MLブロブ追跡とKN1Dは、δがより負になるにつれて磁場横断粒子輸送が減少することを示している。追跡結果のブロブごとの解析により、δの減少に伴う磁場横断粒子輸送の減少は、一定時間内のブロブ数の減少を伴うことが明らかになり、それらのブロブはより大きな面積とより低い径方向速度を持つ傾向がある。また、これらのプラズマ中のブロブは接続シース領域にあり、その速度スケーリングは2領域モデルと整合する。

装置

iter低精度(概要文一致)

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TCVParticle transport
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