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A comparison of energy confinement in tokamaks and stellarators

K Lackner, H Wobig1987年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

We overview and compare the energy confinement behaviour of tokamaks andstellarators at high heating powers. Tokamaks show in all parameter ranges ananomalous enhancement of electron energy losses. At high heating powers abifurcation is observed in the plasma energy vs. heating power diagram, withthe low energy (L-regime) branch showing a clear deterioration of confinementtime with power. Divergent results exist concerning the corresponding behaviorof the high energy (H-regime) branch. Experiments with ECR-heating ofnet-current-free stellarator plasmas can be to a large extent explained byneoclassical electron heat conduction losses, including ripple effects. Inthese experiments anomalous transport enhancement has been identified only inthe outer plasma layers and at low temperatures and densities, which in thisform should not affect reactor aspects. At a given density, neoclassicalelectron heat conduction losses scale however in a similar manner with heatingpower as the L-regime losses observed in tokamaks. For a better discrimination- important due to the differing variation with size expected for the twotypes of losses - density scans over a range not accessible with present dayECRH-systems are needed. Corresponding experiments with NBI-heating on thehigh shear Heliotron-E device indeed gave evidence for a confinement anomalyincreasing with heating power, although not well fitted by tokamak L-regimeexpressions. For low shear systems, conclusive evidence is expected fromNBI-heating experiments on W VII-AS.

日本語訳

トカマクとステラレーターの高加熱パワーにおけるエネルギー閉じ込め挙動を概観し、比較する。トカマクはすべてのパラメータ領域において、電子エネルギー損失の異常な増大を示す。高加熱パワーでは、プラズマエネルギー対加熱パワーの図において分岐が観測され、低エネルギー(Lモード)分枝は閉じ込め時間の明確な劣化を示す。高エネルギー(Hモード)分枝の対応する挙動については、矛盾した結果が存在する。ネットカレントを持たないステラレータープラズマにおけるECR加熱の実験は、リップル効果を含む新古典電子熱伝導損失によって大部分が説明できる。これらの実験では、異常輸送の増大は外側プラズマ領域と低温・低密度領域でのみ確認されており、この形態では炉心プラズマの特性に影響を与えるべきではない。しかし、所定の密度では、新古典電子熱伝導損失のスケーリングは加熱パワーに対して、トカマクで観測されるLモード損失と同様の方法で変化する。より良い識別のためには——二種類の損失に期待されるサイズ依存性の違いが重要である——現在のECRシステムでは到達不可能な密度範囲での密度掃引が必要である。高シアのHeliotron-E装置におけるNBI加熱を用いた対応する実験は、加熱パワーとともに増大する閉じ込め異常の証拠を実際に示したが、トカマクのLモード式によっては十分に適合されなかった。低シアのシステムについては、W VII-ASにおけるNBI加熱実験から決定的な証拠が期待される。

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StellaratorEnergy confinement
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