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Heat loads on JET plasma facing components from ICRF and LH wave absorption in the SOL

P. Jacquet, L. Colas, M.-L. Mayoral, G. Arnoux, V. Bobkov, M. Brix, P. Coad, A. Czarnecka, D. Dodt, F. Durodie2011年被引用 58Nuclear FusionIF 3出版社

In JET, lower hybrid (LH) and ion cyclotron resonance frequency (ICRF) wave absorption in the scrape-off layer can lead to enhanced heat fluxes on some plasma facing components (PFCs). Experiments have been carried out to characterize these heat loads in order to: (i) prepare JET operation with the Be wall which has a reduced power handling capability as compared with the carbon wall and (ii) better understand the physics driving these wave absorption phenomena and propose solutions for next generation systems to reduce them. When using ICRF, hot spots are observed on the antenna structures and on limiters close to the powered antennas and are explained by acceleration of ions in RF-rectified sheath potentials. High temperatures up to 800 °C can be reached on locations where a deposit has built up on tile surfaces. Modelling which takes into account the fast thermal response of surface layers can reproduce well the surface temperature measurements via infrared (IR) imaging, and allow evaluation of the heat fluxes local to active ICRF antennas. The flux scales linearly with the density at the antenna radius and with the antenna voltage. Strap phasing corresponding to wave spectra with lower k∥ values can lead to a significant increase in hot spot intensity in agreement with antenna modelling that predicts, in that case, an increase in RF sheath rectification. LH absorption in front of the antenna through electron Landau damping of the wave with high N∥ components generates hot spots precisely located on PFCs magnetically connected to the launcher. Analysis of the LH hot spot surface temperature from IR measurements allows a quantification of the power flux along the field lines: in the worst case scenario it is in the range 15–30 MW m−2. The main driving parameter is the LH power density along the horizontal rows of the launcher, the heat fluxes scaling roughly with the square of the LH power density. The local electron density in front of the grill increases with the LH launched power; this also enhances the intensity of the LH hot spots.

日本語訳

JETにおいて、スクレープオフ層での低域混成(LH)およびイオンサイクロトロン共鳴周波数(ICRF)波の吸収は、一部のプラズマ対向機器(PFC)上での熱流束の増大をもたらす可能性がある。これらの熱負荷を特徴付けるために実験が実施されてきた。その目的は、(i)炭素壁と比較して出力処理能力が低いBe壁を用いたJET運転に備えること、および(ii)これらの波吸収現象を駆動する物理をより深く理解し、次世代システムにおいてそれらを低減するための解決策を提案することである。ICRFを使用する場合、ホットスポットがアンテナ構造物および励振中のアンテナに近いリミッター上で観測され、RF整流シース電位におけるイオンの加速によって説明される。堆積物がタイル表面に形成された箇所では、最高800 °Cの高温に達し得る。表面層の高速熱応答を考慮したモデリングは、赤外線(IR)イメージングによる表面温度測定を良好に再現でき、励振中のICRFアンテナ近傍の局所熱流束の評価を可能にする。その熱流束は、アンテナ半径における密度およびアンテナ電圧と線形にスケーリングする。より低いk∥値を有する波スペクトルに対応するストラップ位相は、ホットスポット強度の有意な増大をもたらす可能性があり、これはその場合にRFシース整流の増大を予測するアンテナモデリングと一致する。高N∥成分を有する波の電子ランダウ減衰によるアンテナ前方でのLH吸収は、ランチャーに磁気的に接続されたPFC上に正確に位置するホットスポットを生成する。IR測定によるLHホットスポット表面温度の解析は、磁力線に沿った電力束の定量化を可能にする。最悪のシナリオでは、その範囲は15–30 MW m−2である。主要な駆動パラメータはランチャーの水平列に沿ったLH電力密度であり、熱流束はおおよそLH電力密度の二乗に比例してスケーリングする。グリル前方の局所電子密度はLH投入電力とともに増加し、これもLHホットスポットの強度を増強する。

装置

jet高精度(タイトル一致)

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JETIon cyclotron heatingScrape-off layerLower hybridPlasma-facing componentHeat load
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