This work presents the first evidence of helical flow in RFX-mod q(a) < 2 tokamak plasmas. The flow pattern is characterized by the presence of convective cells with m = 1 and n = 1 periodicity in the poloidal and toroidal directions, respectively. A similar helical flow deformation has been observed in the same device when operated as a reversed field pinch (RFP). In RFP plasmas, the flow dynamic is tailored by the innermost resonant m = 1, n = 7 tearing mode, which sustains the magnetic field configuration through the dynamo mechanism (Bonomo et al 2011 Nucl. Fusion51 123007). By contrast, in the tokamak experiments presented here, it is strongly correlated with the m = 1, n = 1 MHD activity. A helical deformation of the flow pattern, associated with the deformation of the magnetic flux surfaces, is predicted by several codes, such as Specyl (Bonfiglio et al 2005 Phys. Rev. Lett. 94 145001), PIXIE3D (Chacón et al 2008 Phys. Plasmas15 056103), NIMROD (King et al 2012 Phys. Plasmas19 055905) and M3D-C1 (Jardin et al 2015 Phys. Rev. Lett. 115 215001). Among them, the 3D fully non-linear PIXIE3D has been used to calculate synthetic flow measurements, using a 2D flow modelling code. Inputs to the code are the PIXIE3D flow maps, the ion emission profiles as calculated by a 1D collisional radiative impurity transport code (Carraro et al 2000 Plasma Phys. Control. Fusion42 731) and a synthetic diagnostic with the same geometry installed in RFX-mod. Good agreement between the synthetic and the experimental flow behaviour has been obtained, confirming that the flow oscillations observed with the associated convective cells are a signature of helical flow.
本研究は、RFX-modのq(a) < 2トカマクプラズマにおけるヘリカル流れの最初の証拠を示すものである。その流れパターンは、ポロイダル方向とトロイダル方向にそれぞれm = 1およびn = 1の周期性を持つ対流セルの存在によって特徴づけられる。同様のヘリカル流れ変形は、同じ装置が逆転磁場ピンチ(RFP)として運転された際に観測されている。RFPプラズマでは、流れのダイナミクスは、ダイナモ機構を通じて磁場配位を維持する最内側共鳴m = 1, n = 7テアリングモードによって形成される(Bonomo et al 2011 Nucl. Fusion51 123007)。対照的に、ここで提示するトカマク実験では、それはm = 1, n = 1 MHD活動と強く相関している。磁束面の変形に関連する流れパターンのヘリカル変形は、Specyl (Bonfiglio et al 2005 Phys. Rev. Lett. 94 145001)、PIXIE3D (Chacón et al 2008 Phys. Plasmas15 056103)、NIMROD (King et al 2012 Phys. Plasmas19 055905)、M3D-C1 (Jardin et al 2015 Phys. Rev. Lett. 115 215001)などのいくつかのコードによって予測されている。その中で、3次元完全非線形PIXIE3Dが、2次元流れモデリングコードを用いて合成流れ計測を計算するために使用されている。コードへの入力は、PIXIE3D流れマップ、1次元衝突放射不純物輸送コード(Carraro et al 2000 Plasma Phys. Control. Fusion42 731)によって計算されたイオン発光プロファイル、およびRFX-modに設置されたものと同じ幾何学形状を持つ合成診断である。合成と実験の流れ挙動の間の良い一致が得られ、関連する対流セルを伴って観測された流れの振動がヘリカル流れの特徴であることを確認している。