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Visualising the electron density structure of blobs and studying its possible effect on neutral turbulence

E. de la Cal, The TJ-II Team2016年被引用 15Nuclear FusionIF 3出版社

The electron density ne of turbulent coherent structures (blobs) has been measured at the edge plasma of the TJ-II stellarator using the helium line ratio technique. A spectroscopic high-speed camera set-up allowed 2D imaging of ne with spatial resolutions of a few millimetres and exposure times down to 15 µs. The turbulent plasma density structures have been compared with the raw helium emission structures, which in principle should be similar due to the expected relation between both, and although generally positive (negative) emission structures correspond to ne blobs (holes), we see that the shape is different and that in some cases there is even no correspondence at all. A possible explanation could be that the neutral distribution, which relates the intensity emission with the ne, varies on the same spatio-temporal scale as the plasma turbulence. This would be the case if the local ne variations of blobs and holes regulated the neutral density through ionisation, making it also turbulent within our experimental frequency (<100 kHz) and spatial scale (>1 cm). To study this point we simulate the neutrals with a simple transport model to reconstruct the corresponding measured emission profiles using the experimentally obtained ne and Te radial profiles. We do this for two cases: one where the neutral distribution is stationary and another where the atoms respond to the measured ne blob and get locally depleted through ionisation. Comparing the simulated and experimental emission profiles and looking at the characteristic ionisation times we find clear indications that point to the fact that slow thermal neutrals could react to the plasma fluctuations in the 10–100 kHz frequency range, also becoming turbulent.

日本語訳

乱流コヒーレント構造(ブロブ)の電子密度neは、ヘリウム線比法を用いてTJ-IIステラレータの周辺プラズマにおいて測定された。分光用高速度カメラのセットアップにより、数ミリメートルの空間分解能と15 µsまでの露光時間でneの2次元イメージングが可能となった。乱流プラズマ密度構造は、原理的には両者の間に期待される関係により類似しているはずである生のヘリウム発光構造と比較された。一般的に正(負)の発光構造はneブロブ(ホール)に対応するが、形状が異なり、場合によってはまったく対応しないこともあることがわかった。その可能な説明の一つは、発光強度をneに関連付ける中性粒子分布が、プラズマ乱流と同じ時空間スケールで変化することである。これは、ブロブとホールの局所的なne変動が電離を通じて中性粒子密度を調節し、我々の実験的な周波数(<100 kHz)および空間スケール(>1 cm)内でそれも乱流的にする場合に当てはまる。この点を研究するために、実験的に得られたneおよびTe動径プロファイルを用いて、対応する測定発光プロファイルを再構築する単純な輸送モデルで中性粒子をシミュレートする。これを2つのケースについて行う:一つは中性粒子分布が定常である場合、もう一つは原子が測定されたneブロブに応答し、電離によって局所的に減少する場合である。シミュレートされた発光プロファイルと実験的な発光プロファイルを比較し、特徴的な電離時間を調べることにより、遅い熱中性粒子が10–100 kHz周波数範囲のプラズマ変動に反応し、それも乱流的になる可能性を指し示す明確な兆候が見出される。

装置

tj-ii低精度(概要文一致)
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