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Study of the discrete-to-continuum transition in a Balmer spectrum from Alcator C-Mod divertor plasmas

A Yu Pigarov, J L Terry, B Lipschultz1998年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Under detached plasma conditions in the Alcator C-Mod tokamak, the measured spectra show pronounced merging of the Balmer series lines and a photo-recombination continuum edge which is not a sharp step. This phenomenon, known as a smooth discrete-to-continuum (D-C) transition, is typical only for high-density , low-temperature (Te≈1 eV), and recombining plasma. As we will discuss, this type of transition emphasizes the degree of plasma non-ideality. A theoretical model capable of treating spectra from a detached divertor plasma, and those with a smooth D-C transition in particular, has been developed. It is comprised of three parts: (i) a collisional-radiative model for the population densities of the excited states, (ii) atomic structure and collision rates for an atom affected by statistical plasma microfields, and (iii) a model for calculating the line profiles and the extended photo-recombination continuum. The effects of statistical plasma microfields on the population densities of excited states, on the profiles of Balmer series lines, and on the photo-recombination continuum edge are discussed. The changes in spectrum characteristics with plasma parameter variation, leading to the smooth D-C transition, are analysed. The relevance of volumetric plasma recombination to the spectra observed from a detached divertor plasma is discussed. A comparison of the calculated and measured spectra is used to determine the plasma parameters in the recombining plasma region. Along with other properties of measured spectrum, the smooth D-C transition provides evidence in support of the recombining state of the plasma attained under detached divertor conditions.

日本語訳

非接触プラズマ条件下でのAlcator C-Modトカマクにおいて、測定されたスペクトルは、バルマー系列のスペクトル線と、シャープな段差ではない光再結合連続端の顕著な融合を示す。この現象は、滑らかな離散-連続(D-C)遷移として知られており、高密度・低温(Te≈1 eV)の再結合プラズマにのみ特有である。この種の遷移は、プラズマの非理想性の程度を強調するものである。非接触ダイバータプラズマからのスペクトル、特に滑らかなD-C遷移を示すスペクトルを扱うことのできる理論モデルが開発された。このモデルは三部から構成される:(i)励起状態のポピュレーション密度に対する衝突-放射モデル、(ii)統計的マイクロフィールドの影響を受ける原子に対する原子構造と衝突レート、(iii)スペクトル線プロファイルと拡張された光再結合連続スペクトルを計算するためのモデル。統計的マイクロフィールドが励起状態のポピュレーション密度、バルマー系列のスペクトル線プロファイル、および光再結合連続端に及ぼす影響について議論する。プラズマパラメータの変化に伴うスペクトル特性の変化が分析され、それが滑らかなD-C遷移をもたらすことが示される。非接触ダイバータプラズマから観測されたスペクトルに対する体積再結合の関連性について議論する。計算スペクトルと測定スペクトルの比較は、再結合プラズマ領域におけるプラズマパラメータを決定するために用いられる。測定スペクトルの他の特性に加えて、滑らかなD-C遷移は、非接触ダイバータ条件下で達成されたプラズマの再結合状態を支持する証拠を提供する。

装置

alcator-c-mod高精度(タイトル一致)

wiki

DivertorAlcatorC-ModDivertor plasma
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