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The ELMy H mode as a limit cycle and the transient responses of H modes in tokamaks

S.-I. Itoh, K. Itoh, A. Fukuyama1993年被引用 28Nuclear FusionIF 3出版社

A model of edge localized modes (ELMs) in tokamaks is presented. The model of the L-H transition, which is based on electric field bifurcation, is extended to include the temporal evolution and the spatial structure. The existence of an electric field bifurcation implies that there is a hysteresis curve between the plasma gradient (thermodynamic force) and the associated flow of particles and heat. A time dependent Ginzburg-Landau equation is formulated for the electric field development, which leads to a limit cycle solution due to the hysteresis. A self-generated oscillation of the edge density appears, associated with periodic bursts of loss, under the condition of constant particle flux from the core. This is attributed to the small and frequent ELMy activity in H modes. Periodic decay and re-establishment of a transport barrier occur. This oscillation appears near the L-H transition boundary. It is found that in H and ELMy H states the edge region has a diffusion coefficient whose radial structure is intermediate (a mesophase) between the H phase and the L phase. This is attributed to the transport barrier. Its radial structure is governed by ion shear viscosity. The diffusion Prandtl number, the ratio of the viscosity of the diffusion coefficient, is found to determine the thickness of the barrier. The phase diagram of the L, ELMy H, H and L-H bistable states is obtained in plasma parameter space

日本語訳

トカマクにおけるエッジ局在モード(ELM)のモデルが提示される。電場分岐に基づくL-H遷移のモデルが、時間発展と空間構造を含むように拡張される。電場分岐の存在は、プラズマ勾配(熱力学的力)とそれに伴う粒子および熱の流れの間にヒステリシス曲線が存在することを示唆する。電場の発展に対して時間依存ギンツブルク・ランダウ方程式が定式化され、ヒステリシスによりリミットサイクル解が得られる。コアからの一定の粒子束の条件下で、周期的な損失バーストを伴うエッジ密度の自己生成振動が現れる。これは、Hモードにおける小規模で頻繁なELMy活動に起因する。輸送障壁の周期的な再形成が発生する。この振動はL-H遷移境界の近くで現れる。H状態およびELMy H状態において、エッジ領域は、H相とL相の間の中間(メソフェーズ)である動径構造を持つ拡散係数を有することが見出される。これは輸送障壁に起因する。その動径構造はイオン剪断粘性によって支配される。拡散プラントル数、すなわち拡散係数に対する粘性の比は、障壁の厚さを決定することが見出される。L、ELMy H、HおよびL-H双安定状態の相図が、プラズマパラメータ空間において得られる。

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Edge localized mode
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