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Linear stability analysis of microinstabilities in electron internal transport barrier non-inductive discharges

A Bottino, O Sauter, Y Camenen, E Fable2006年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The role of the current profile and ion and electron temperature ratio in Tokamak à Configuration Variable (TCV) electron internal transport barrier (eITB) non-inductive discharges is inspected by means of the linear gyrokinetic global code LORB5 (Bottino et al 2004 Phys. Plasmas11 198) and the Gyro–Landau fluid transport model GLF23 (Waltz et al 1997 Phys. Plasmas4 2482). In this work we have compared two different MHD equilibria for a TCV discharge with an eITB, corresponding to a monotonic and a reversed safety factor profile. The latter has been obtained using the calculated electron–cyclotron driven density profile, the bootstrap current and the experimental pressure. Global simulations show that the most unstable electrostatic instabilities in the spectrum are trapped electron modes (TEM) for both equilibria. In the vicinity of the reverse shear region, where the magnetic shear s is positive and small (s ≪ 1), modes tend to preserve the ballooning structure but their mixing length estimate for the thermal diffusion coefficient is significantly reduced as compared with the monotonic q equilibrium. This effect is further increased in the reverse shear region. Simulations performed with GLF23 show that the inclusion of the Shafranov shift in the model has an important stabilizing effect in all the plasma core and, in particular, in the barrier region. However, the Shafranov shift and reverse shear stabilization are not the only mechanisms through which the q profile affects the stability of the system. The local value of q in the barrier region also contributes to the stabilization. Global gyrokinetic and local Gyro–Landau fluid results suggest that the current profile modification alone, with the consequent negative shear and Shafranov shift stabilization on TEM modes, can explain the presence of the ITB in these TCV discharges.

日本語訳

トカマク・ア・コンフィギュラシオン・バリアブル(TCV)における電子内部輸送障壁(eITB)非誘導放電における電流分布とイオン・電子温度比の役割を、線形ジャイロ運動論的グローバルコードLORB5(Bottinoら 2004 Phys. Plasmas 11 198)およびジャイロ・ランダウ流体輸送モデルGLF23(Waltzら 1997 Phys. Plasmas 4 2482)を用いて調べた。本研究では、eITBを有するTCV放電について、単調な安全係数分布と反転した安全係数分布に対応する2つの異なるMHD平衡を比較した。後者は、計算された電子サイクロトロン駆動密度分布、ブートストラップ電流、および実験圧力から得られたものである。グローバルシミュレーションにより、両平衡においてスペクトル中で最も不安定な静電不安定性は捕捉電子モード(TEM)であることが示された。反転シア領域付近では、磁気シアsが正かつ小さい(s ≪ 1)場合、モードはバルーニング構造を維持する傾向があるが、その混合長推定による熱拡散係数は、単調なq平衡と比較して有意に低減される。この効果は反転シア領域でさらに増強される。GLF23を用いたシミュレーションでは、モデルにシャフラノフシフトを含めることが、プラズマコア全体、特に障壁領域において重要な安定化効果をもたらすことが示された。しかしながら、シャフラノフシフトと反転シア安定化だけが、q分布が系の安定性に影響を与える唯一のメカニズムではない。障壁領域におけるqの局所値も安定化に寄与する。グローバルジャイロ運動論的および局所ジャイロ・ランダウ流体の結果は、電流分布の修正のみで、それに伴う負のシアとシャフラノフシフトによるTEMの安定化を通じて、これらのTCV放電におけるITBの存在を説明できることを示唆している。

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Transport barrierInternal transport barrier
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