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Rotation scalings and momentum confinement in neutral-beam-injected ISX-B plasmas

R.C. Isler, A.J. Wootton, L.E. Murray, R.A. Langley, J.D. Bell, C.E. Bush, A. Carnevali, P.H. Edmonds, D.P. Hutchinson, R.R. Kindsfather1986年被引用 34Nuclear FusionIF 3出版社

Scalings of the central rotation in non-gettered, co-injected ISX-B discharges have been measured as a function of beam power, electron density and plasma current. Extensive studies are made possible by exploiting charge-exchange excitation (CXE) of 0 VIII lines to measure Doppler shifts. The rotation velocity, vϕ(0), tends to saturate at (1.0 − 1.2) × l07 cm·s−1 when Pb≅0.5 MW, showing little further increase up to the maximum input of 2 MW; vϕ(0) is independent of ne and Ip. Momentum confinement times in quasi-steady plasmas are 10–16 ms for e = 4.5 × 1013 cm−3. Counter-injection discharges always disrupt, but before this event vϕ(0) is the same as for co-injection plasmas. The addition of a third beam line, permitting injection of up to 2 MW of balanced neutral-beam power, has allowed comparisons of the energy and particle confinement in rotating and non-rotating plasmas with the same total neutral-beam input. In those cases where impurity buildup can be avoided, it is found that the ISX-B empirical scaling of energy confinement time is reproduced with balanced injection. Thus, the unfavourable dependence of is not the result of rotation. Studies of impurity behaviour under differing injection conditions have been extended to include fully stripped low-Z ions. The results are consistent with previous investigations of metallic elements which revealed strong dependences on the sense (co versus counter) of injection. The potentials calculated from momentum balance, using measured rotation profiles and typical plasma density and temperature profiles, are in qualitative agreement with the potentials measured directly for various combinations of co- and counter-injection.

日本語訳

非ゲッター処理、同方向入射ISX-B放電における中心回転のスケーリングを、ビーム出力、電子密度、プラズマ電流の関数として測定した。ドップラーシフトを測定するためにO VIII線の電荷交換励起(CXE)を利用することにより、広範な研究が可能となった。回転速度vφ(0)は、Pb≅0.5 MWで(1.0 − 1.2) × 10^7 cm·s⁻¹で飽和する傾向にあり、最大投入2 MWまでほとんど増加しない。vφ(0)はneおよびIpに依存しない。準定常プラズマにおける運動量閉じ込め時間は、ne = 4.5 × 10^13 cm⁻³で10〜16 msである。逆方向入射放電は常にディスラプションを起こすが、この事象の前ではvφ(0)は同方向入射プラズマと同じである。第3のビームラインの追加により、最大2 MWのバランス型中性粒子ビームの入射が可能となり、同じ全中性粒子入射で回転プラズマと非回転プラズマのエネルギーおよび粒子閉じ込めの比較が可能となった。不純物の蓄積を回避できる場合、バランス型入射でエネルギー閉じ込め時間のISX-B実験式が再現されることがわかった。したがって、 の好ましくない 依存性は回転の結果ではない。異なる入射条件での不純物挙動の研究は、完全電離した低Zイオンを含むように拡張された。結果は、金属元素のこれまでの研究と一致しており、入射方向(同方向対逆方向)への強い依存性が明らかになった。測定された回転プロファイルと典型的なプラズマ密度・温度プロファイルを用いて運動量バランスから計算されたポテンシャルは、同方向・逆方向入射の様々な組み合わせについて直接測定されたポテンシャルと定性的に一致する。

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