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Magnetohydrodynamic tokamak plasma edge stability

Anthony J. Webster2012年被引用 18Nuclear FusionIF 3出版社

The edge of a tokamak plasma is interesting due to its geometrical structure that is difficult to model mathematically and computationally, its tendency to form 'transport barriers' with increased confinement of energy and momentum, and the edge-localized instabilities associated with transport barriers that threaten the lifetime of components in large tokamaks. Ideal magnetohydrodynamics (MHD) is generally well understood, but only in the past decade has a good theoretical understanding emerged of MHD stability near the plasmas' separatrix when one or more X-points are present. By reviewing and discussing our theoretical understanding of ideal MHD stability of the plasma's edge, a clear picture emerges for its ideal stability. Conclusions are: ideal MHD will limit the width of strong transport barriers at the plasma's edge, a strong edge transport barrier will be associated with ELMs, ELMs will have a maximum toroidal mode number, will be preceded by smaller precursor instabilities, and can be triggered by sufficient changes to either the edge or the core plasma. Observations are made for the mechanisms responsible for edge transport barriers and ELMs, some leading to experimental predictions, others highlighting important open questions.

日本語訳

トカマクプラズマの端部は、その数学的・計算論的にモデル化が困難な幾何学的構造、エネルギーと運動量の閉じ込めが向上した「輸送障壁」を形成する傾向、そして大型トカマクにおける構成部品の寿命を脅かす輸送障壁に伴う端部局在不安定性のために、興味深いものである。理想磁気流体力学(MHD)は一般によく理解されているが、1つ以上のX点が存在する場合のプラズマのセパラトリクス近傍におけるMHD安定性についての理論的理解が深まったのは、ここ10年のことである。プラズマ端部の理想MHD安定性に関する我々の理論的理解を概観し議論することにより、その理想安定性について明確な全体像が浮かび上がる。結論は以下の通りである。理想MHDはプラズマ端部における強い輸送障壁の幅を制限し、強い端部輸送障壁はELMを伴い、ELMは最大トロイダルモード数を有し、より小規模な前駆不安定性が先行し、端部またはコアプラズマの十分な変化によって引き起こされ得る。端部輸送障壁とELMの原因となるメカニズムについて観測がなされており、その一部は実験的予測につながり、他は重要な未解決問題を浮き彫りにしている。

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Magnetohydrodynamics
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