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Observation of clump structure in transported particle orbit using an upgraded neutral particle analyzer during TAE burst in LHD

S. Kamio, Y. Fujiwara, K. Nagaoka, K. Ogawa, R. Seki, H. Yamaguchi, H. Nuga, M. Isobe, M. Osakabe, C.Z. Cheng2020年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

Toroidal Alfvén eigenmode (TAE) bursts are often observed in relatively low-magnetic-field experiments in the Large Helical Device (LHD) with tangential nuclear beam injection. During TAE bursts, hole-clump pairs in real space were observed in previous studies. In order to observe the behavior of the energetic particles during TAE bursts in more detail, a tangential E-parallel-B-type neutral particle analyzer (E||B-NPA) was upgraded to improve the time resolution up to 100 kilo samples per second by updating its measurement electronic circuits. Using this high time resolution E||B-NPA, the clump formations are clearly observed in real space. In order to analyze the observed particles with high time resolution, the conditional averaging technique is used. The lost energetic particles with 150 keV were initially observed just before the TAE burst, and the energy decreases faster than the classical slowing down time. The energetic particles transported by the TAE burst were detected with energy slowing down time of 6–8 ms for more than 6 ms after the TAE burst had finished. According to the orbit trace code Lorentz orbit (LORBIT) calculation, the particle pitch angle and radial location (ρ = r/a99) of the energetic particles resonating with the TAE mode frequency are increased by 5° and 0.2, respectively, during TAE bursts. These results are consistent with the observed downward frequency chirping of the magnetic fluctuation. By comparing the energy of the detected particles by E||B-NPA and the corresponding frequency of the magnetic fluctuation, the pitch angles of the resonant particles are considered to be 15°–25° at 150 keV before they are transported by the TAE burst. The frequency chirping of the magnetic fluctuation shows good agreement with the observed clump structure by considering the pitch angle of the resonant particles.

日本語訳

トロイダルアルフヴェン固有モード(TAE)バーストは、接線方向の中性粒子ビーム入射を伴う大型ヘリカル装置(LHD)における比較的低磁場の実験でしばしば観測される。TAEバースト中には、実空間においてホール・クランプ対がこれまでの研究で観測されている。TAEバースト中の高エネルギー粒子の挙動をより詳細に観測するため、接線方向E‖B型中性粒子分析器(E‖B-NPA)の測定電子回路を更新し、時間分解能を毎秒100キロサンプルまで向上させた。この高時間分解能E‖B-NPAを用いることで、実空間におけるクランプ形成が明確に観測された。観測された粒子を高時間分解能で解析するため、条件付き平均法が用いられた。150 keVの損失高エネルギー粒子はTAEバーストの直前に初めて観測され、そのエネルギーは古典的な減速時間よりも速く減少した。TAEバーストによって輸送された高エネルギー粒子は、TAEバースト終了後6 ms以上の間、6–8 msのエネルギー減速時間で検出された。軌道追跡コードLorentz orbit(LORBIT)の計算によると、TAEモード周波数と共鳴する高エネルギー粒子のピッチ角と半径位置(ρ = r/a99)は、TAEバースト中にそれぞれ5°および0.2増加した。これらの結果は、観測された磁気揺動の下方周波数チャープと一致している。E‖B-NPAによって検出された粒子のエネルギーと対応する磁気揺動の周波数を比較することにより、TAEバーストによって輸送される前の共鳴高エネルギー粒子のピッチ角は、150 keVにおいて15°–25°であると考えられる。磁気揺動の周波数チャープは、共鳴粒子のピッチ角を考慮することにより、観測されたクランプ構造と良好な一致を示す。

装置

lhd高精度(タイトル一致)

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LHDToroidal Alfvén Eigenmode
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