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Understanding of the fundamental differences in JET and JT-60U AT discharges

P Sirén, T Tala, G Corrigan, J Garcia, T Koskela, F Köchl, X Litaudon, A Salmi, JET EFDA contributors, the EU-ITM ITER Scenario Modelling Group2015年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Plasma current density simulations of JET and JT-60U shots in reverse-q advanced scenarios based on the previous data analysis of the identity plasma experiments have been performed. The effects of the main differences between the shots (neutral beam current density (jnbi), electron density and geometry) have been studied. The reversed q-profile (which was the target in this identity experiment and is observed at the beginning of each shot) was sustained in JT-60U while it became flat in JET towards the end of the shot. In JET, jnbi is peaked on-axis whereas in JT-60U it is peaked off-axis (at ρ = 0.5) while the NBI fraction of the selected shots is the same (22–24%). A strong density ITB appeared (at ρ = 0.5) in JT-60U but not in JET. The plasma geometry was mainly set to match but it was not identical. In addition, the extrapolation to JET steady-state operation has been done by testing the sensitivity of q to different externally driven currents, electron density and geometry in predictive current diffusion simulations. Moreover, critical bootstrap current density has been analysed.The reasons for the different time evolution of q-profile have been studied with predictive current simulations with the 1.5D transport code JETTO. The current diffusion model was validated against reverse-q shots, and simulations were performed with experimental data profiles, jNBI given by ASCOT and neoclassical resistivity and bootstrap current calculated by NCLASS.Bootstrap current density was the most efficient way to sustain the beneficial reverse shape of q-profile. Replacing the JET ne profile with one from JT-60U leads to an increase of 0.2–0.3 MA in the bootstrap current (f bs increases from 15% to 30%). However, sustaining the stationary reverse q is not achieved in JET with bootstrap current induced by the density gradient of JT-60U. Even 10 times larger gradient than in JT-60U helps to sustain the shape of the q-profile longer than the experimentally observed density profile in JET but the minimum value of q moves closer to central plasma and the shape of q is not stationary in a 10 s simulation. The effect of different shape of NBI current density profile is negligible due to quite small fraction. Sustaining the reverse q requires 45% or larger added off-axis fraction. However, increasing the inverse aspect ratio increases bootstrap current and decreases the critical bootstrap current more effectively than increasing the density gradient: two times larger inverse aspect ratio produces almost three times larger bootstrap fraction but ten times larger density gradient only two times larger bootstrap fraction. The conclusions based on these simulations indicate that the need for bootstrap current is larger in JET and the same conditions cause smaller bootstrap fraction, which suggests that achieving steady-state operation in JET under these conditions is unlikely.

日本語訳

JETおよびJT-60Uの逆シア・アドバンストシナリオにおける放電のプラズマ電流密度シミュレーションを、同一性プラズマ実験の先行データ解析に基づいて実施した。両放電間の主な相違点(中性粒子入射電流密度(jnbi)、電子密度、幾何形状)の影響を調べた。逆転qプロファイル(本同一性実験の目標であり、各放電の開始時に観測されたもの)は、JT-60Uでは維持されたが、JETでは放電終盤にかけて平坦化した。JETではjnbiは軸上でピークを持つ一方、JT-60Uでは軸外(ρ = 0.5)でピークを持ち、選択した放電におけるNBI割合は同一(22–24%)であった。強い密度ITBがJT-60Uでは(ρ = 0.5に)出現したが、JETでは出現しなかった。プラズマ幾何形状は主に一致するように設定されたが、完全に同一ではなかった。さらに、JET定常運転への外挿を、予測的電流拡散シミュレーションにおいて異なる外部駆動電流、電子密度、幾何形状に対するqの感度を検証することにより実施した。さらに、臨界ブートストラップ電流密度を解析した。qプロファイルの時間発展の相違の理由を、1.5次元輸送コードJETTOを用いた予測的電流シミュレーションにより研究した。電流拡散モデルは逆シア放電に対して検証され、実験的なプロファイルデータ、ASCOTによって与えられたjnbi、ならびにNCLASSによって計算された新古典抵抗率およびブートストラップ電流を用いてシミュレーションが実施された。ブートストラップ電流密度は、有益な逆転qプロファイル形状を維持する最も効率的な方法であった。JETのneプロファイルをJT-60Uのものに置き換えると、ブートストラップ電流が0.2–0.3 MA増加する(fbsは15%から30%に増加)。しかしながら、JT-60Uの密度勾配によって誘起されるブートストラップ電流では、JETにおいて定常的な逆転qは達成されない。JT-60Uよりも10倍大きい勾配であっても、JETの実験的に観測された密度プロファイルよりも長くqプロファイルの形状を維持するのに寄与するが、qの最小値は中心プラズマにより近づき、10秒シミュレーションにおいてqの形状は定常的ではない。NBI電流密度プロファイルの異なる形状の影響は、割合がかなり小さいため無視できる。逆転qを維持するには、45%以上の軸外割合が必要である。しかしながら、逆アスペクト比を増加させるとブートストラップ電流が増加し、臨界ブートストラップ電流をより効果的に減少させる:2倍の逆アスペクト比は約3倍のブートストラップ割合を生み出すが、10倍の密度勾配はわずか2倍のブートストラップ割合しか生み出さない。これらのシミュレーションに基づく結論は、JETにおいてはブートストラップ電流の必要性がより大きく、同じ条件ではブートストラップ割合がより小さくなることを示しており、これらの条件下でJETにおける定常運転の達成は困難であることを示唆している。

装置

jet高精度(タイトル一致)

wiki

JETJT-60U
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