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Discharge improvement through control of neoclassical tearing modes by localized ECCD in DIII-D

R. Prater, R.J. La Haye, J. Lohr, T.C. Luce, C.C. Petty, J.R. Ferron, D.A. Humphreys, E.J. Strait, F.W. Perkins, R.W. Harvey2003年被引用 66Nuclear FusionIF 3出版社

Neoclassical tearing modes (NTMs) are magnetohydrodynamic modes that can limit the performance of high beta discharges in tokamaks, in some cases leading to a major disruption. The destabilizing effect that results in NTM growth is a helical decrease in the bootstrap current caused by a local reduction of the plasma pressure gradient by 'seed' magnetic islands. The NTM is particularly well suited to control since the mode is linearly stable although nonlinearly unstable, so if the island amplitude can be decreased below a threshold size the mode will decay and vanish. One means of shrinking the island is the replacement of the 'missing' bootstrap current by a localized current generated by electron cyclotron current drive (ECCD). This method has been applied to the m = 3/n = 2 NTM in DIII-D, in H-mode plasmas with ongoing edge localized modes and sawteeth, both of which generate seed islands periodically. In the case of the 3/2 mode, full suppression was obtained robustly by applying about 1.5 MW of ECCD very near the rational surface of the mode. When the mode first appears in the plasma, the stored energy decreases by 30%, but after the mode is stabilized by the ECCD, the beta may be raised above the initial threshold pressure by 20% by additional neutral beam heating, thereby generating an improvement in the limiting beta of nearly a factor of 2. An innovative automated search algorithm was implemented to find and retain the optimum location for the ECCD in the presence of the mode.

日本語訳

新古典テアリングモード(NTM)は、トカマクにおける高ベータ放電の性能を制限し得る磁気流体力学モードであり、場合によっては大規模ディスラプションを引き起こす。NTMの成長をもたらす不安定化効果は、「シード」磁気島によるプラズマ圧力勾配の局所的減少に起因するブートストラップ電流の螺旋状の減少である。NTMは線形的には安定であるが非線形的には不安定であるため、制御に特に適している。したがって、磁気島の振幅を閾値サイズ以下に減少させることができれば、モードは減衰して消滅する。磁気島を縮小する一つの方法は、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)によって生成される局所電流により、「欠落した」ブートストラップ電流を置き換えることである。この方法は、DIII-DにおけるHモードプラズマ中のm = 3/n = 2 NTMに適用された。このプラズマでは、エッジ局在モードとサソリ振動がともに周期的にシード磁気島を生成する。3/2モードの場合、モードの有理面のごく近傍に約1.5 MWのECCDを印加することにより、完全な抑制が堅牢に達成された。モードが最初に出現したとき、蓄積エネルギーは30%減少するが、ECCDによるモードの安定化後は、追加の中性粒子ビーム加熱によりベータ値を初期閾値より20%上昇させることができ、これにより限界ベータ値はほぼ2倍に改善された。モード存在下でECCDの最適位置を発見し維持するために、革新的な自動探索アルゴリズムが実装された。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DTearing modeNeoclassical tearing modeElectron cyclotron current drive
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