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'BAAE' instabilities observed without fast ion drive

W.W. Heidbrink, M.A. Van Zeeland, M.E. Austin, A. Bierwage, Liu Chen, G.J. Choi, P. Lauber, Z. Lin, G.R. McKee, D.A. Spong2021年被引用 30Nuclear FusionIF 3出版社

The instability that was previously identified (Gorelenkov 2009 Phys. Plasmas16 056107) as a fast-ion driven beta-induced Alfvén-acoustic eigenmode (BAAE) in DIII-D was misidentified. In a dedicated experiment, low frequency modes (LFMs) with characteristic 'Christmas light' patterns of brief instability linked to the safety factor evolution occur in plasmas with electron temperature Te ≳ 2.1 keV but modest beta. To isolate the importance of different driving gradients on these modes, the electron cyclotron heating (ECH) power and 80 keV, sub-Alfvénic neutral beams are altered for 50–100 ms durations in reproducible discharges. Although beta-induced Alfvén eigenmodes and reversed-shear Alfvén eigenmodes stabilize when beam injection ceases (as expected for a fast-ion driven instability), the LFMs that were called BAAEs persist. Data mining reveals that characteristic LFM instabilities can occur in discharges with no beam heating but strong ECH. A large database of over 1000 discharges shows that LFMs are only unstable in plasmas with hot electrons but modest overall beta. The experimental LFMs have low frequencies (comparable to diamagnetic drift frequencies) in the plasma frame, occur near the minimum of the safety factor qmin, and appear when qmin is close to rational values. Theoretical analysis suggests that the LFMs are a low frequency reactive instability of predominately Alfvénic polarization.

日本語訳

以前にDIII-Dにおいて高速イオン駆動型ベータ誘起アルヴェーン音響固有モード(BAAE)として同定された不安定性(Gorelenkov 2009 Phys. Plasmas16 056107)は誤同定であった。専用実験において、特徴的な「クリスマスライト」パターンを示す、安全係数の時間発展に関連した短時間の不安定性を伴う低周波モード(LFM)が、電子温度Te ≳ 2.1 keVだがベータ値は控えめなプラズマ中で発生する。これらのモードに対する異なる駆動勾配の重要性を分離するため、再現性のある放電において、電子サイクロトロン加熱(ECH)パワーと80 keVの亜アルヴェーン速度中性粒子ビームを50〜100ミリ秒間変化させた。ベータ誘起アルヴェーン固有モードと反転シアーアルヴェーン固有モードはビーム入射停止時に安定化するが(高速イオン駆動型不安定性として期待される通り)、BAAEと呼ばれていたLFMは持続した。データマイニングにより、特徴的なLFM不安定性はビーム加熱がなく強いECHのみの放電でも発生し得ることが明らかになった。1000以上の放電からなる大規模データベースは、LFMが高温電子を有するが全体的なベータ値は控えめなプラズマでのみ不安定になることを示している。実験的なLFMは、プラズマ基準系において低周波数(反磁性ドリフト周波数に匹敵する)を有し、安全係数qminの最小値付近で発生し、qminが有理数値に近いときに出現する。理論解析は、LFMが主としてアルヴェーン的分極を有する低周波の反応性不安定性であることを示唆している。

装置

diii-d低精度(概要文一致)

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Fusion Advanced Studies TorusEnergetic ion
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