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Formation and detection of internal transport barriers in low-current tokamaks

T Kurki-Suonio, S I Lashkul, J A Heikkinen2002年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

In low-current tokamaks, in the absence of radial electric fields(Er), the widths of the drift orbits are large and the directorbit losses can extend deep into the plasma. Furthermore, in sucha plasma even a modest Er can produce rotation with apoloidal Mach number (Mp) that exceeds unity. Using the MonteCarlo code ASCOT, which follows charged particle orbits in thefive-dimensional phase space, the formation of an internaltransport barrier (ITB) in such a tokamak is investigated.Carrying out the simulations for the geometry corresponding to theFT-2 tokamak, it is shown that if, under these conditions, a steepdensity gradient is created in the plasma, the plasma responds bygenerating a strong (much stronger than needed to compensate thediamagnetic drift) Er in the region of the strong gradient. Thegeneration appears to be a pure neoclassical effect, but a globalsolution over the entire plasma cross section is required to fullyidentify it. As a result, an ITB-like situation with a stronglysheared E×B flow is obtained inside the plasma. In thesecircumstances Mp>1, and thus the orbits of the majority ofions become strongly squeezed. The neutral fluxes observed byneutral particle analysers are also simulated to find out if theneutral spectra can be utilized to estimate the Er valuesacross the plasma cross section in the FT-2 tokamak.

日本語訳

低電流トカマクにおいて、径方向電場(Er)が存在しない場合、ドリフト軌道の幅は大きく、直接損失はプラズマ深部まで及ぶ可能性がある。さらに、そのようなプラズマでは、 modest な Er でも、1を超えるポロイダルマッハ数(Mp)を伴う回転を生じ得る。5次元位相空間における荷電粒子の軌道を追跡するモンテカルロコードASCOTを用いて、そのようなトカマクにおける内部輸送障壁(ITB)の形成を調査した。FT-2トカマクに対応する幾何形状に対するシミュレーションを実施し、以下のことが示された。すなわち、これらの条件下で急峻な密度勾配が生成されると、プラズマはその急峻な勾配領域において、反磁性ドリフトを補償するために必要な値よりもはるかに強いErを生成することで応答する。このErの生成は純粋に新古典効果であるように見えるが、それを完全に特定するにはプラズマ断面全体にわたる大域的解法が必要である。その結果、プラズマ内部に強いE×Bシアを伴うITB様の状況が得られる。これらの条件下ではMp>1となり、したがって主要イオンの軌道は強く圧縮される。また、中性粒子分析器によって観測される中性粒子フラックスもシミュレーションされ、FT-2トカマクのプラズマ断面全体にわたるEr値を推定するために中性子スペクトルを利用できるかどうかが調べられた。

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Transport barrier
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