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Predictions of toroidal rotation and torque sources arising in non-axisymmetric perturbed magnetic fields in tokamaks

M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, K. Shinohara, M. Yoshida, E. Narita, M. Nakata, N. Aiba, J. Shiraishi, N. Hayashi2017年被引用 6Nuclear FusionIF 3出版社

Capabilities of the integrated framework consisting of TOPICS, OFMC, VMEC and FORTEC-3D, have been extended to calculate toroidal rotation in fully non-axisymmetric perturbed magnetic fields for demonstrating operation scenarios in actual tokamak geometry and conditions. The toroidally localized perturbed fields due to the test blanket modules and the tangential neutral beam ports in ITER augment the neoclassical toroidal viscosity (NTV) substantially, while do not significantly influence losses of beam ions and alpha particles in an ITER L-mode discharge. The NTV takes up a large portion of total torque in ITER and fairly decelerates toroidal rotation, but the change in toroidal rotation may have limited effectiveness against turbulent heat transport. The error field correction coils installed in JT-60SA can externally apply the perturbed fields, which may alter the NTV and the resultant toroidal rotation profiles. However, the non-resonant components of the magnetic fields arising from the toroidal field ripple mainly contribute to the NTV, regardless of the presence of the applied field by the coil current of , where n is the toroidal mode number. The theoretical model of the intrinsic torque due to the fluctuation-induced residual stress is calibrated by the JT-60U data. For five JT-60U discharges, the sign of the calibration factor conformed to the gyrokinetic linear stability analysis and a range of the amplitude thereof was revealed. This semi-empirical approach opens up access to an attempt on predicting toroidal rotation in H-mode plasmas.

日本語訳

TOPICS、OFMC、VMECおよびFORTEC-3Dからなる統合フレームワークの機能は、実際のトカマク形状および条件における運転シナリオを実証するために、完全に非軸対称な摂動磁場中のトロイダル回転を計算するよう拡張された。ITERにおけるテストブランケットモジュールおよび接線方向中性粒子ビームポートによるトロイダル方向に局在化した摂動磁場は、新古典トロイダル粘性(NTV)を大幅に増大させる一方、ITERのLモード放電におけるビームイオンおよびアルファ粒子の損失には有意な影響を与えない。NTVはITERにおける全トルクの大部分を占め、トロイダル回転をかなり減速させるが、トロイダル回転の変化は乱流熱輸送に対する有効性が限定的である可能性がある。JT-60SAに設置された誤差磁場補正コイルは摂動磁場を外部から印加でき、これによりNTVおよび結果として得られるトロイダル回転分布が変化する可能性がある。しかしながら、トロイダル磁場リップルに起因する磁場の非共鳴成分が、印加されたコイル電流による磁場の有無にかかわらず、主にNTVに寄与する。ここで、nはトロイダルモード数である。揺動誘起残留応力による固有トルクの理論モデルは、JT-60Uのデータによって較正される。5つのJT-60U放電について、較正係数の符号はジャイロ運動論的線形安定性解析と一致し、その振幅の範囲が明らかにされた。この半経験的アプローチは、Hモードプラズマにおけるトロイダル回転予測への試みへの道を開くものである。

装置

iter中精度(概要文一致)jt-60sa中精度(概要文一致)

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Toroidal rotation
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