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Characterization of off-axis fishbones

W W Heidbrink, M E Austin, R K Fisher, M García-Muñoz, G Matsunaga, G R McKee, R A Moyer, C M Muscatello, M Okabayashi, D C Pace2011年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Repetitive bursting instabilities with strong frequency chirping occur in high-beta, beam-heated plasmas with safety factor q > 1 in the DIII-D tokamak. Although the mode structures differ, in many ways, the off-axis fishbones are similar to the q = 1 fishbones first observed on the Poloidal Divertor Experiment (PDX). The modes are driven by energetic trapped ions at the fast-ion precession frequency. During a burst, the frequency changes most rapidly as the mode reaches its maximum amplitude. Larger amplitude bursts have larger growth rates and frequency chirps. Unlike PDX fishbones, the decay phase is highly variable and is usually shorter than the growth phase. Also, the waveform is highly distorted by higher harmonics during the latter portion of a burst. The radial mode structure alters its shape during the burst. Like PDX fishbones, the modes expel trapped ions in a 'beacon' with a definite phase relationship relative to the mode. Seven types of loss detectors measure the beacon. The losses scale linearly with mode amplitude. The neutron rate changes most rapidly at maximum mode amplitude but, depending on the loss diagnostic, the losses often peak a few cycles later. The non-ambipolar fast-ion losses cause a sudden change in toroidal rotation frequency across the entire plasma. In addition to an overall drop, the neutron signal oscillates in response to the wave. Unlike the beacon of lost particles, which maintains a fixed phase relative to the mode, the phase of the neutron oscillations steadily increases throughout the burst, with the greatest phase slippage occurring in the highly nonlinear phase near maximum mode amplitude.

日本語訳

高ベータ・ビーム加熱プラズマにおいて、安全係数q > 1のDIII-Dトカマクでは、強い周波数チャープを伴うバースト的不安定性が発生する。モード構造は異なるものの、オフアクシス・フィッシュボーンは、ポロイダルダイバータ実験(PDX)で初めて観測されたq = 1フィッシュボーンと多くの点で類似している。このモードは、高エネルギーイオンの歳差周波数における高速イオンによって駆動される。バースト中、周波数はモードが最大振幅に達する際に最も急速に変化する。振幅の大きいバーストは、より大きな成長率と周波数チャープを示す。PDXフィッシュボーンとは異なり、減衰位相は大きな変動を示し、通常は成長位相よりも短い。さらに、バーストの後半において、波形は高次高調波によって大きく歪められる。径方向モード構造は、バースト中にその形状を変化させる。PDXフィッシュボーンと同様に、このモードは捕捉イオンを、モードに対して明確な位相関係を持つ「ビーコン」として排出する。7種類の損失検出器がこのビーコンを測定する。損失はモード振幅に比例してスケーリングする。中性子率はモード振幅が最大のときに最も急速に変化するが、損失診断によっては、損失のピークは数サイクル遅れることが多い。非捕捉高速イオン損失は、プラズマ全体のトロイダル回転周波数に急激な変化を引き起こす。全体的な低下に加えて、中性子信号は波動に応答して振動する。損失粒子のビーコンがモードに対して固定された位相関係を維持するのとは異なり、中性子振動の位相はバースト全体を通じて徐々に進み、最大の位相ずれはモード振幅が最大に近い強非線形位相で生じる。

装置

diii-d低精度(概要文一致)
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