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New regime of runaway discharges in tokamaks

R M O Galvão, Yu K Kuznetsov, I C Nascimento, E Sanada, D O Campos, A G Elfimov, J I Elizondo, A N Fagundes, A A Ferreira, A M M Fonseca2001年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A new regime of runaway discharges has been found in TCABR (Tokamak ChauffageAlfvén Brésilien). This regime is obtained by initiating the discharge withlow filling pressure and, after the initial current rise, maintaining a largefilling rate. The line density reaches a maximum value around2×1019 m-3, during the current ramp-up phase, and then drops bya factor of around four in the quasi-stationary phase of the discharge, when anew regime is achieved. The most distinctive features of this regime, ascompared to `conventional' runaway discharges reported in the literature, are(i) maintenance of the runaway discharge, with the plasma current almostentirely provided by the runaway beam, in a cold background plasma and withstrong neutral gas injection; (ii) enhancement of the relaxation instabilitywith strong spikes in the Hα emission and loop voltage correlated withsawtooth relaxation of the line density; and (iii) plasma detachment from thelimiter. A simple phenomenological model, based upon straightforward particleand energy balance calculations, is proposed to explain the experimentalobservations. According to this model, the plasma is rather cold and the shortpulses of gas ionization and the related density spikes are due to suddenplasma heating caused by the relaxation instability. Furthermore, it seemsthat the runaway generation for the conditions of the experiments can beexplained only if the secondary generation process is invoked.

日本語訳

TCABR(Tokamak Chauffage Alfrés Brésilien)において、新たなランナウェイ放電のレジームが発見された。このレジームは、低い充填圧力で放電を開始し、初期電流上昇後、大きな充填率を維持することによって得られる。線密度は電流立ち上がり段階中に約2×10¹⁹ m⁻³の最大値に達し、その後、放電の準定常段階において約4分の1に低下する。このとき、新たなレジームが達成される。このレジームの最も特徴的な点は、文献に報告されている「従来型」のランナウェイ放電と比較して、(i) 低温の背景プラズマ中で、かつ強い中性ガス入射を伴う条件下において、プラズマ電流がほぼ完全にランナウェイビームによって担われる形でランナウェイ放電が維持されること、(ii) Hα発光とループ電圧における強いスパイクを伴う緩和不安定性が増強され、それが線密度の鋸歯状緩和と相関すること、(iii) プラズマがリミターから剥離すること、である。これらの実験的観測を説明するために、単純な粒子およびエネルギー収支に基づく現象論的モデルが提案されている。このモデルによれば、プラズマはかなり低温であり、ガス電離の短いパルスとそれに伴う密度スパイクは、緩和不安定性によって引き起こされる急激なプラズマ加熱に起因する。さらに、実験条件におけるランナウェイ生成は、二次生成過程を考慮した場合にのみ説明可能であると思われる。

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