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Developments towards an ELM-free pedestal radiative cooling scenario using noble gas seeding in ASDEX Upgrade

A. Kallenbach, M. Bernert, P. David, M. G. Dunne, R. Dux, E. Fable, R. Fischer, L. Gil, T. Görler, F. Janky2021年被引用 36Nuclear FusionIF 3出版社

Integrated edge-localized-mode (ELM)-free or small ELM scenarios for the demonstration fusion power plant (DEMO) are investigated in ASDEX Upgrade using argon seeding for radiative power removal mainly in the pedestal region. An important aspect is the modification of the electron pressure in the pedestal by the additional radiative power losses. Full ELM suppression could be achieved in a no-ELM H-mode scenario featuring an edge electromagnetic quasicoherent mode up to a heating power of 5 MW, where argon radiation allowed the extension of the heating power operational space. At higher powers up to 12 MW (reaching the beta limit), ELMs of reduced size prevail and detachment is obtained by the argon seeding. Control of the position of a radiating zone localized inside the X-point was found to be favorable compared to the control of the separatrix power for low /. Integration of pedestal cooling with Ar and ELM suppression by resonant magnetic perturbations (RMP) allowed an increase of the core radiation and a partial recovery of normalized confinement to H98 = 1. This favorable behavior is finally limited by the loss of the RMP density pump-out effect, followed by an ELM-free H-mode phase and re-occurrence of ELMs. For an active tailoring of the pedestal pressure profile, precise knowledge of the radiation profile is required. Modeling of the argon radiation profile with the STRAHL code showed good agreement with bolometry only if charge exchange of neutral deuterium with argon ions was taken into account, highlighting the importance of the neutral density in the pedestal region. In view of best integration of a no-ELM scenario with divertor detachment and high heating power, the divertor compression and enrichment of argon and neon were compared using dynamic gas puff experiments. Argon shows more than a factor of 3 higher divertor enrichment compared to neon, but the absolute values decrease with higher neutral deuterium pressure.

日本語訳

統合型エッジ局在モード(ELM)フリーまたは小型ELMシナリオの実証炉(DEMO)への適用可能性を、ASDEX Upgradeにおいてアルゴン入射による主にペデスタル領域での放射損失を用いて調査した。重要な側面は、追加の放射損失によるペデスタル領域の電子圧力の変化である。完全なELM抑制は、5 MWまでの加熱パワーにおいて、エッジ電磁準コヒーレントモードを特徴とするno-ELM Hモードシナリオで達成可能であり、アルゴン放射により加熱パワーの運転領域が拡大した。12 MWまでのより高いパワーでは(ベータ限界に達する)、小型ELMが優勢となり、アルゴン入射によるダイバータ非接触状態が達成された。X点内部に局在する放射領域の位置制御は、低い値でのセパラトリクスパワー制御と比較して有利であることが判明した。ペデスタル冷却と共鳴磁場摂動(RMP)によるELM抑制の統合により、コア放射の増加と規格化閉じ込めの部分的な回復(H98 = 1)が可能となった。この好ましい挙動は、最終的にはRMP密度ポンプアウト効果の喪失によって制限され、その後ELMフリーHモード相とELMの再発生が続いた。ペデスタル圧力分布の能動的な制御には、放射分布の精密な知識が必要である。アルゴン放射分布のSTRAHLコードによるモデリングは、中性重水素とアルゴンイオンとの電荷交換を考慮した場合にのみボロメトリーと良好な一致を示し、ペデスタル領域における中性粒子密度の重要性が強調された。no-ELMシナリオとダイバータ非接触状態および高加熱パワーの最適な統合の観点から、動的ガスパフ実験を用いてアルゴンとネオンのダイバータ圧縮と濃縮を比較した。アルゴンはネオンと比較して3倍以上のダイバータ濃縮を示すが、絶対値は中性重水素圧力の増加とともに減少する。

装置

asdex-upgrade高精度(タイトル一致)

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ASDEXEdge localized modeASDEX UpgradePedestalEdge localized mode-free
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