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Comprehensive magnetohydrodynamic hybrid simulations of Alfvén eigenmode bursts and fast-ion losses in the Large Helical Device

R. Seki, Y. Todo, Y. Suzuki, D.A. Spong, K. Ogawa, M. Isobe, M. Osakabe2019年被引用 11Nuclear FusionIF 3出版社

Comprehensive magnetohydrodynamic (MHD) hybrid simulations with neutral beam injection and collisions were conducted to investigate the Alfvén eigenmode (AE) bursts and the fast-ion losses in the large helical device (LHD) for the realistic conditions close to the experiments. It is found in the simulation of the slowing-down time scale that the AE bursts take place repetitively accompanied by fast-ion redistribution and losses leading to lower saturation levels of stored fast-ion energy than those in a classical calculation where the MHD perturbations are neglected. The fast-ion loss rate caused by the AE burst has the quadratic dependence on AE amplitude, which was observed in the LHD experiment. The majority of the lost fast ions are counter-passing particles whose velocity and pitch-angle are close to those of the beam injection. The second component of the lost fast ions is transit particles whose velocity is close to thermal velocity. The loss of the counter-passing particles occurs mainly during the AE bursts, while the transit particles are lost both during the AE bursts and the quiescent periods with larger loss rate than that in the classical calculation. The initial location of the lost counter-injected particles spreads from the plasma edge to the plasma center, while only the particles initially located in the peripheral region are lost for the co-injected beam.

日本語訳

磁気流体力学(MHD)ハイブリッドシミュレーションを、中性粒子ビーム入射と衝突を伴う条件下で実施し、大型ヘリカル装置(LHD)における実験に近い現実的な条件でのアルフヴェン固有モード(AE)バーストと高速イオン損失を調査した。減速時間スケールのシミュレーションにおいて、AEバーストが繰り返し発生し、それに伴って高速イオンの再分布と損失が生じ、蓄積された高速イオンエネルギーの飽和レベルは、MHD摂動を無視した古典的な計算における値よりも低くなることが見出された。AEバーストによる高速イオンの損失率はAE振幅に対して二次依存性を示し、これはLHD実験で観測された結果と一致する。損失する高速イオンの大部分は、ビーム入射の速度とピッチ角に近い値を有する対向方向通過粒子(counter-passing粒子)である。損失する高速イオンの第二の成分は、熱速度に近い速度を有する通過粒子(transit粒子)である。対向方向通過粒子の損失は主にAEバースト中に発生する一方、通過粒子の損失はAEバースト中と静穏期の両方で発生し、その損失率は古典的な計算における値よりも大きい。対向方向に入射された粒子の初期位置はプラズマ端からプラズマ中心部にまで広がっている一方、同方向に入射されたビームでは周辺領域に位置する粒子のみが損失する。

装置

lhd高精度(タイトル一致)

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