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Scaling of energy confinement with minor radius, current and density in Doublet III Ohmically heated plasmas

S. Ejima, T.W. Petrie, A.C. Riviere, T.R. Angel, C.J. Armentrout, D.R. Baker, F.P. Blau, G. Bramson, N.H. Brooks, R.W. Callis1982年被引用 67Nuclear FusionIF 3出版社

The dependence of plasma energy confinement on minor radius, density and plasma current is described for Ohmically heated near-circular plasmas in Doublet III. A wide range of parameters is used for the study of scaling laws; the plasma minor radius defined by the flux surface in contact with limiter is varied by a factor of 2 (a = 44, 32 and 23 cm) , the line average plasma density, e, is varied by a factor of 20 from 0.5 to 10 × 1013 cm−3 (e R0/BT = 0.3 to 6 × 1014 cm−2·kG−1) and the plasma current, I, is varied by a factor of 6 from 120 to 718 kA. The range of the limiter safety factor, qL, is from 2 to 12. – For plasmas with a = 23 and 32 cm, the scaling law at low e for the gross electron energy confinement time can be written as (s, cm) where qc = 2πa2BT/μ0IR0. For the 44-cm plasmas, is about 1.8 times less than predicted by this scaling, possibly owing to the change in limiter configuration and small plasma-wall separation and/or the aspect ratio change. At high e, saturates and in many cases decreases with e but increases with I in a classical-like manner. The dependence of on a is considerably weakened. The confinement behaviour can be explained by taking an ion thermal conductivity 2 to 7 times that given by Hinton-Hazeltine's neoclassical theory with a lumped-Zeff impurity model. Within this range the enhancement factor increases with a or a/R0. The electron thermal conductivity evaluated at half-temperature radius where most of the thermal insulation occurs sharply increases with average current density within that radius, but does not depend on a within the uncertainties of the measurements.

日本語訳

オーミック加熱されたほぼ円形プラズマにおけるプラズマエネルギー閉じ込めの、マイナー半径、密度、およびプラズマ電流への依存性について、Doublet III装置を用いて記述する。スケーリング則の研究には広範囲のパラメータを用いた。リミターに接触する磁気面によって定義されるマイナー半径は、2倍の範囲で変化させた(a = 44、32、23 cm)。ライン平均密度は、0.5から10 × 10¹³ cm⁻³(e R/B = 0.3から6 × 10¹⁴ cm⁻²・kG⁻¹)の範囲で20倍変化させた。プラズマ電流Iは、120から718 kAの範囲で6倍変化させた。リミター安全係数qLの範囲は2から12である。a = 23および32 cmのプラズマについては、低いeにおけるグロス電子エネルギー閉じ込め時間のスケーリング則は、(秒) と表すことができる。ここで、qC = 2πa²BT/μIR₀である。a = 44 cmのプラズマでは、はこのスケーリング則による予測値より約1.8倍小さい。これは、リミター配位の変化とプラズマ-壁間距離の小ささ、および/またはアスペクト比の変化に起因する可能性がある。高いeでは、は飽和し、多くの場合eとともに減少するが、Iに対しては古典的な様式で増加する。のaへの依存性はかなり弱まる。この閉じ込め挙動は、集約Zeff不純物モデルを考慮したHinton-Hazeltineの新古典理論によって与えられる値の2から7倍のイオン熱伝導率を仮定することによって説明できる。この範囲内で、増強係数はaまたはa/R₀とともに増加する。熱絶縁の大部分が生じる半温度半径で評価した電子熱伝導率は、その半径内の平均電流密度とともに急激に増加するが、測定の不確かさの範囲内ではaには依存しない。

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Ohmic heatingEnergy confinementDoublet III
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