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Characterization of the 20 kHz transient MHD burst at the fast U-3M confinement modification stage

M B Dreval, R O Pavlichenko, A M Shapoval, V K Pashnev, E L Sorokovoy, A S Slavnyj, A A Beletskii, Yu K Mironov, V S Romanov, A E Kulaga2018年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

In the URAGAN-3M (U-3M) torsatron the low-frequency transient 20–30 kHz mode is observed during the plasma confinement transition that occurs at a plasma current value of about 1 kA. The burst of this mode is always accompanied by the fast jump of the Alfvén eigenmode frequency. The transient 20–30 kHz mode contains two parts. The non-rotating part of the mode has higher amplitude and is localized in the stochastic region of the plasma. It is observed only in the vicinity of the radio-frequency antenna used for plasma production and does not propagate along the torus because of fast losses. Its high amplitude indicates that the major part of the 20–30 kHz mode is excited in the stochastic region near the antenna. In contrast, the second rotating part of the mode is localized everywhere along the torus near the plasma edge (ρ = 0.8–1). This is the n/m = 1/2 mode that rotates in the electron diamagnetic direction. It is observed in different toroidal cross-sections by various diagnostics (magnetic probe array, optics, Langmuir probe). Appearance of the 1/2 rational surface at the stochastic magnetic field line region near the plasma edge at 1 kA plasma current stage can be responsible for the mode generation. Modification of electron component gradients in the mode generation region near the antenna and the drop of the fast ion concentration (above 1 keV) in this region are observed simultaneously with the mode generation. The mode can be exited by the strong transient plasma gradients generated in the vicinity of the rational surface by the antenna.

日本語訳

URAGAN-3M(U-3M)トルサトロンにおいて、プラズマ電流が約1 kAの値で発生するプラズマ閉じ込め遷移の際に、低周波の過渡的な20–30 kHzモードが観測される。このモードのバーストは常にアルフヴェン固有モード周波数の急速なジャンプを伴う。過渡的な20–30 kHzモードは2つの部分から構成される。モードの非回転部分は振幅が大きく、プラズマのストキャスティック領域に局在している。これはプラズマ生成に使用される高周波アンテナの近傍でのみ観測され、高速損失のためトーラスに沿って伝播しない。その大きな振幅は、20–30 kHzモードの主要部分がアンテナ近傍のストキャスティック領域で励起されていることを示している。対照的に、モードの第2の回転部分はプラズマ端近傍(ρ = 0.8–1)のトーラス全体に沿って局在している。これは電子反磁性方向に回転するn/m = 1/2モードである。これは様々な診断装置(磁気プローブアレイ、光学診断、ラングミュアプローブ)によって異なるトロイダル断面で観測される。1 kAのプラズマ電流段階におけるプラズマ端近傍のストキャスティック磁力線領域での1/2有理面の出現が、モード生成の原因となり得る。アンテナ近傍のモード生成領域における電子成分勾配の変化と、この領域での高速イオン濃度(1 keV以上)の低下が、モード生成と同時に観測される。モードは、アンテナによって有理面近傍に生成される強い過渡的プラズマ勾配によって励起され得る。

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Fusion Advanced Studies TorusMagnetohydrodynamics
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