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Runaway electron deconfinement in SPARC and DIII-D by a passive 3D coil

V.A. Izzo, I. Pusztai, K. Särkimäki, A. Sundström, D.T. Garnier, D. Weisberg, R.A. Tinguely, C. Paz-Soldan, R.S. Granetz, R. Sweeney2022年被引用 7Nuclear FusionIF 3出版社

The operation of a 3D coil—passively driven by the current quench (CQ) loop voltage—for the deconfinement of runaway electrons (REs) is modeled for disruption scenarios in the SPARC and DIII-D tokamaks. Nonlinear magnetohydrodynamic (MHD) modeling is carried out with the NIMROD code including time-dependent magnetic field boundary conditions to simulate the effect of the coil. Further modeling in some cases uses the ASCOT5 code to calculate advection and diffusion coefficients for REs based on the NIMROD-calculated fields, and the DREAM code to compute the runaway evolution in the presence of these transport coefficients. Compared with similar modeling in Tinguely et al (2021 Nucl. Fusion61 124003), considerably more conservative assumptions are made with the ASCOT5 results, zeroing low levels of transport, particularly in regions in which closed flux surfaces have reformed. Of three coil geometries considered in SPARC, only the n = 1 coil is found to have sufficient resonant components to suppress the runaway current growth. Without the new conservative transport assumptions, full suppression of the RE current is maintained when the thermal quench MHD is included in the simulation or when the RE current is limited to 250kA, but when transport in closed flux regions is fully suppressed, these scenarios allow RE beams on the order of 1–2 MA to appear. Additional modeling is performed to consider the effects of the close ideal wall. In DIII-D, the CQ is modeled for both limited and diverted equilibrium shapes. In the limited shape, the onset of stochasticity is found to be insensitive to the coil current amplitude and governed largely by the evolution of the safety-factor profile. In both devices, prediction of the q-profile evolution is seen to be critical to predicting the later time effects of the coil.

日本語訳

3次元コイル(電流クエンチ(CQ)ループ電圧によって受動的に駆動される)による逃走電子(RE)の非閉じ込めのための動作が、SPARCおよびDIII-Dトカマクにおけるディスラプションシナリオについてモデル化された。非線形磁気流体力学(MHD)モデリングは、コイルの効果をシミュレーションするために時間依存の磁場境界条件を含むNIMRODコードを用いて実行される。さらに、いくつかのケースでは、NIMRODで計算された磁場に基づいてREの移流係数と拡散係数を計算するためにASCOT5コード、そしてこれらの輸送係数の存在下での逃走電子の時間発展を計算するためにDREAMコードを用いたモデリングが行われる。Tinguelyら(2021 Nucl. Fusion61 124003)の同様のモデリングと比較して、ASCOT5の結果を用いる場合、かなり保守的な仮定がなされており、特に閉磁束面が再形成された領域において低レベルの輸送をゼロにしている。SPARCで検討された3つのコイル形状のうち、n = 1コイルのみが逃走電流の成長を抑制するのに十分な共鳴成分を持つことが見出された。新しい保守的な輸送仮定がない場合、熱クエンチMHDがシミュレーションに含まれるとき、またはRE電流が250kAに制限されるときには、RE電流の完全な抑制が維持される。しかし、閉磁束領域での輸送が完全に抑制されると、これらのシナリオでは1〜2 MA程度のREビームが現れる可能性がある。近接理想壁の効果を考慮するために追加のモデリングが実行される。DIII-Dでは、CQはリミター平衡形状とダイバータ平衡形状の両方についてモデル化される。リミター形状では、ストカスティシティの発生はコイル電流振幅に鈍感であり、主に安全係数(q)プロファイルの時間発展によって支配されることが見出された。両装置において、qプロファイルの時間発展の予測は、コイルの後期の時間的効果を予測する上で重要であると見なされている。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DRunaway electronSPARC
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