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Observation of Alfvén Eigenmodes driven by off-axis neutral beam injection in the TCV tokamak

B Geiger, A N Karpushov, P Lauber, S Sharapov, M Dreval, F Bagnato, M Baquero-Ruiz, A Dal Molin, B P Duval, M Garcia-Munoz2020年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Fast-particle driven Alfvén Eigenmodes have been observed in low-collisionality discharges with off-axis neutral beam injection (NBI), electron cyclotron resonance heating (ECRH) and a reduced toroidal magnetic field. During NBI and ECRH, toroidicity induced Alfvén Eigenmodes (TAEs) appear in frequency bands close to 200 kHz and energetic-particle-induced geodesic acoustic modes (EGAMs) are observed at about 40 and 80 kHz. When turning off ECRH in the experiment, those beam-driven modes disappear which can be explained by a modification of the fast-ion slowing down distribution. In contrast, coherent fluctuations close to the frequency of the beam-driven TAEs are present throughout the experiment. The modes are even observed during ohmic plasma conditions, which clearly demonstrates that they are not caused by fast particles and suggests an alternative drive, such as turbulence. The mode-induced fast-ion transport has been found to be weak and marginal in terms of the fast-ion diagnostic sensitivities. Measurements of the plasma stored energy, neutron rates, neutral particle fluxes and fast-ion D-alpha spectroscopy show good agreement with neoclassical modelling results from TRANSP. This is further supported by a similarly good agreement between measurement and modelling in cases with and without ECRH and therefore with and without the modes. Instead, a significant level of charge exchange losses are predicted and observed which generate a bump-on-tail fast-ion distribution function that can provide the necessary free energy to EGAMs.

日本語訳

高速粒子駆動のアルヴェン固有モードは、低衝突度放電において、オフアクシス中性粒子ビーム入射(NBI)、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)、および低減されたトロイダル磁場の条件下で観測された。NBIおよびECRH中、トロイダル性誘起アルヴェン固有モード(TAE)が約200 kHzの周波数帯で出現し、高エネルギー粒子誘起測地線音響モード(EGAM)が約40および80 kHzで観測された。実験においてECRHをオフにすると、これらのビーム駆動モードは消滅し、これは高速粒子の減速分布の変化によって説明できる。対照的に、ビーム駆動TAEの周波数に近いコヒーレントな揺動は、実験全体を通じて存在した。これらのモードはオーミックプラズマ条件中にも観測され、これはそれらが高速粒子に起因するものではなく、乱流などの別の駆動機構を示唆することを明確に実証している。モード誘起の高速粒子輸送は、高速粒子診断感度の観点から弱く、わずかであることが判明した。プラズマ蓄積エネルギーの測定、中性子フラックス、中性粒子束、および高速粒子Dα分光法は、TRANSPによる新古典論的モデリング結果と良好な一致を示した。これは、ECRHの有無、すなわちモードの有無にかかわらず、測定とモデリングの間に同様に良好な一致が見られたことによってさらに裏付けられている。その代わりに、有意なレベルの荷電交換損失が予測および観測され、これによりバンプ・オン・テール型の高速粒子分布関数が生成され、EGAMに必要な自由エネルギーを供給し得ることが示された。

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Alfvén waveNeutral beamNeutral beam injectionAlfvén eigenmodeTCV
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