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Stationary QH-mode plasmas with high and wide pedestal at low rotation on DIII-D

Xi Chen, K.H. Burrell, T.H. Osborne, W.M. Solomon, K. Barada, A.M. Garofalo, R.J. Groebner, N.C. Luhmann, G.R. McKee, C.M. Muscatello2017年被引用 44Nuclear FusionIF 3出版社

A stationary, quiescent H-mode (QH-mode) regime with a wide pedestal and improved confinement at low rotation has been discovered on DIII-D with reactor relevant edge parameters and no ELMs. As the injected neutral beam torque is ramped down and the edge E  ×  B rotation shear reduces, the transition from standard QH to the wide pedestal QH-mode occurs. At the transition, the coherent edge harmonic oscillations (EHO) that usually regulate the standard QH edge cease and broadband edge MHD modes appear along with a rapid increase in the pedestal pressure height (by  ⩽60%) and width (by  ⩽50%). We posit that the enhanced edge turbulence-driven transport, enabled by the lower edge E  ×  B flow shear due to lower torque reduces the pedestal gradient and, combined with the high edge instability limit provided by the balanced double-null plasma shape, permits the development of a broader and thus higher pedestal that is turbulence-transport-limited. Even with the significantly enhanced pedestal pressure, the edge operating point is below the peeling ballooning mode stability boundary and thus without ELMs. Improved transport in the outer core region (0.8  ⩽  ρ  ⩽0.9) owing to increased E  ×  B flow shear in that region and the enhanced pedestal boost the overall confinement by up to 45%. These findings advance the physics basis for developing stationary ELM-free high-confinement operation at low rotation for future burning plasma where similar collisionality and rotation levels are expected.

日本語訳

定常的で静穏なHモード(QHモード)領域で、広いペデスタルと低回転での改善された閉じ込めを有し、DIII-Dにおいて、炉心関連の周辺パラメータとELMのない状態で発見された。入射中性粒子ビームトルクが減少され、周辺のE × B回転シアが減少するにつれて、標準QHから広いペデスタルQHモードへの遷移が起こる。遷移時には、通常標準QH端部を制御するコヒーレントな周辺高調波振動(EHO)が停止し、広帯域の周辺MHDモードが現れるとともに、ペデスタル圧力の高さ(⩽60%)と幅(⩽50%)の急速な増加が起こる。我々は、より低いトルクによる周辺E × B流シアの低下によって可能となる強化された周辺乱流駆動輸送がペデスタル勾配を減少させ、かつ、バランスの取れたダブルヌルプラズマ形状によって提供される高い周辺不安定性限界と組み合わさって、乱流輸送制限された、より広くしたがってより高いペデスタルの発達を可能にする、と提唱する。大幅に強化されたペデスタル圧力にもかかわらず、周辺の動作点はピーリングバルーニングモード安定性境界の下方にあり、したがってELMは発生しない。外側コア領域(0.8 ⩽ ρ ⩽ 0.9)における改善された輸送は、その領域での増加したE × B流シアと強化されたペデスタルにより、全体の閉じ込めを最大45%向上させる。これらの発見は、同様のコリジナリティと回転レベルが予想される将来の燃焼プラズマにおいて、低回転での定常的なELMのない高閉じ込め運転を開発するための物理的基盤を前進させる。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DPedestal
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