This work reports observations of a tokamak plasma that experienced a thermal quench due to a large, transient high-Z influx but avoided a current quench. This is argued to be caused by the presence of lower hybrid range of frequency (LHRF) waves that sustain a non-thermal, current-carrying electron population. In Alcator C-Mod L-mode plasmas at kA, m−3, nearly all of the current can be sustained non-inductively by injecting 700 kW of LHRF power at 4.6 GHz and . A sudden influx of a large amount of tungsten, , triggers a cooling wave that propagates at 2–3 m s−1 all the way into the core, dropping on-axis Te from 3 keV to temperatures less than measurement floor of 50 eV. An off-axis reheat begins after 100 ms, but Te profiles remain hollow for 300–350 ms after the injection. Throughout this temperature evolution, the plasma density, current and shape remain unchanged to within 10%. Following the expulsion of the tungsten, the plasma returns to its baseline conditions and the plasma ends as planned with a controlled current ramp-down. Energy balance analysis shows the LHRF power continues to be absorbed in the plasma after the thermal quench, as a significant fraction of it is needed to be consistent with radiated power measurements. Examination of current relaxation time, , and fast-electron slowing down time, , indicate the LHRF must contribute to driving current, despite the low temperatures, as the current remains nominally stationary despite ms and ms for relativistic electrons. These measurements represent an important existence proof of a possible technique for avoidance of disruptions caused by sudden, unplanned influx of impurities in the form of dust or flakes of high-Z wall material. Implications and suggestions for future experimental and modeling and simulation work are summarized.
本稿では、大きな過渡的高Z不純物流入により熱クエンチを経験したが、電流クエンチは回避したトカマクプラズマの観測結果を報告する。これは、非熱的で電流を担う電子集団を維持する低域混成周波数(LHRF)波の存在によるものと論じられる。Alcator C-ModのLモードプラズマにおいて、 kA、 m−3の条件で、4.6 GHzかつ . で700 kWのLHRF電力を注入することにより、ほぼ全電流を非誘導的に維持できる。大量のタングステン、 、の突然の流入は、2–3 m s−1で伝播する冷却波を引き起こし、コアまで到達して、オン軸Teを3 keVから測定下限の50 eV未満の温度まで低下させる。100 ms後にオフ軸再加熱が始まるが、Teプロファイルは注入後300–350 msの間、中空のままである。この温度発展の間、プラズマ密度、電流、形状は10%以内で不変のままである。タングステンの排出後、プラズマは基準状態に戻り、プラズマは計画通り制御された電流ランプダウンで終了する。エネルギー収支解析は、熱クエンチ後もLHRF電力がプラズマ中で吸収され続けることを示しており、そのかなりの割合が放射電力測定と整合するために必要である。電流緩和時間、 、および高速電子減速時間、 、の検討は、低い温度にもかかわらずLHRFが電流駆動に寄与しなければならないことを示している。なぜなら、相対論的電子に対して ms および ms であるにもかかわらず、電流は名目上定常のままであるからである。これらの測定は、高Z壁材料のダストやフレークの形での突然の計画外不純物流入によって引き起こされるディスラプションを回避するための可能な手法の重要な存在証明を表す。今後の実験およびモデリング・シミュレーション研究への含意と提案をまとめる。