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Marginal β-limit for neoclassical tearing modes in JET H-mode discharges

O Sauter, R J Buttery, R Felton, T C Hender, D F Howell, contributors to the EFDA-JET Workprogramme2002年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A neoclassical tearing mode (NTM) requires a finite size seed island tobecome unstable. Usually the local pressure gradient is relatively largeat the β-values needed for these seed islands to destabilize theNTMs. Therefore, the island has a large growth rate at mode onset andgrows rapidly to its saturated island width. This width is proportionalto β as long as it is well above the marginal β-limit below whichthe mode is stable. The marginal β-limit is independent of the seedisland trigger mechanism and provides detailed information on thestabilizing terms in the modified Rutherford equation, which are notunambiguously determined theoretically. It is shown that in JET themarginal normalized β-limit for the 3/2 mode, βN,marg, is ofthe order of 0.5-1 for magnetic fields between 3.3 and 1 T, withq95≈3.3, and near the H-L transition. Therefore, all H-modeswith typical q-profiles (q95≈3.3) are metastable in JET to3/2 NTMs. In addition, the marginal island width is of the order of 2-4 cmand the stabilizing terms are such that they influence the saturatedisland width when it is smaller than 4-6 cm in these H-mode discharges.It is also shown that detailed analyses of the time evolution of theisland width with slow β ramp-down suggest that the convective formof the stabilization term due to the `χ⊥ model' is moreappropriate and can explain the island decay between 4 and 6 cm to themarginal island width, while the polarization current model can explainthe rapid stabilization when β<βmarg. The range of valuesof the different stabilizing terms are discussed in detail. Inparticular, it is shown that the mode is stabilized and has a large negative growth rate, when the effect of the stabilizing terms is suchas to reduce the saturated width by a factor of 2.

日本語訳

新古典テアリングモード(NTM)が不安定になるには、有限サイズの種アイランドが必要である。通常、これらの種アイランドがNTMを不安定化させるために必要なβ値では、局所圧力勾配は比較的大きい。したがって、アイランドはモード発生時に大きな成長率を持ち、急速に成長して飽和アイランド幅に達する。この幅は、モードが安定となる限界β値(限界β)を十分に上回っている限り、βに比例する。限界βは種アイランドのトリガー機構に依存せず、修正ラザフォード方程式における安定化項に関する詳細な情報を提供するが、これらの項は理論的に一意に決定されていない。JETにおいて、3/2モードの限界規格化β値βN,margは、磁場が3.3〜1 T、q95≈3.3、H-L遷移近傍で、0.5〜1のオーダーであることが示されている。したがって、典型的なqプロファイル(q95≈3.3)を持つすべてのHモードは、JETにおいて3/2 NTMに対して準安定である。さらに、限界アイランド幅は2〜4 cmのオーダーであり、安定化項は、これらのHモード放電において飽和アイランド幅が4〜6 cmより小さい場合に影響を与えるようなものである。また、ゆっくりとしたβランプダウン時のアイランド幅の時間発展の詳細な解析は、`χ⊥'モデルによる安定化項の対流形式がより適切であり、4〜6 cmから限界アイランド幅へのアイランド減衰を説明できることを示唆している。一方、分極電流モデルは、β<βmargのときの急速な安定化を説明できる。異なる安定化項の値の範囲が詳細に議論される。特に、安定化項の効果が飽和幅を2倍に減少させるような場合、モードは安定化され、大きな負の成長率を持つことが示されている。

装置

jet高精度(タイトル一致)

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JETH-modeTearing modeNeoclassical tearing mode
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