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Ripple-induced neoclassical toroidal viscous torque in Augmented-First Plasma operation phase in ITER

Yueqiang Liu, Xue Bai, Y. Gribov, F. Koechl, A. Loarte, S.D. Pinches, L. Schmitz2024年10月Nuclear FusionIF 3出版社

A systematic calculation is performed on the ripple-induced neoclassical toroidal viscous (NTV) torque for new ITER scenarios designed for the Augmented-First Plasma (A-FP) operation phase with the full tungsten wall, where the plasma-wall gap is varied in view of mitigating the impact of tungsten wall-plasma interactions. The torque calculation includes drift kinetic response of the plasma thermal and energetic particles to the n = 18 (n is the toroidal harmonic number) ripple field. For the plasma scenario with ~45 cm plasma-wall gap at the outboard mid-plane and considering the corrected ripple level of 0.17% by the ferritic steel inserts, the computed net NTV torque acting on the plasma column is in the sub-Nm level. However, with decreasing the plasma-wall gap, the computed net NTV torque can reach a level comparable to that produced by the neutral-beam momentum injection in ITER. Ripple correction by ferritic inserts reduces the net torque by a factor of 3.3 for all the three A-FP scenarios considered. The (with ωd and ωb being the toroidal precession and bounce frequencies of trapped particles, respectively, and l an integer number) type of resonance-enhancement of the NTV torque, due to thermal particles, is found to be weak in ITER despite high-n of 18. The same also holds for the ITER 10 MA steady state scenario from the D-T operation phase, where the aforementioned resonance associated with fusion-born alphas is also included. The ripple-induced NTV torque is well below that produced by the resonant magnetic perturbation applied for controlling the type-I edge-localized mode in ITER.

日本語訳

新しいITERシナリオについて、リップル誘起新古典トロイダル粘性(NTV)トルクの系統的計算を実施した。このシナリオは、全タングステン壁を備えたAugmented-First Plasma(A-FP)運転フェーズ用に設計されたものであり、タングステン壁とプラズマの相互作用の影響を緩和する観点から、プラズマ・壁間ギャップを変化させている。トルク計算には、n = 18(nはトロイダル高調波数)のリップル場に対するプラズマ熱粒子および高エネルギー粒子のドリフト運動論的応答が含まれる。外側中平面でのプラズマ・壁間ギャップが約45 cmのプラズマシナリオについて、フェライト鋼インサートによる補正後のリップルレベル0.17%を考慮すると、プラズマ柱に作用する計算上の正味NTVトルクはサブNmレベルである。しかし、プラズマ・壁間ギャップを減少させると、計算上の正味NTVトルクは、ITERにおける中性粒子ビーム運動量注入によって生じるトルクに匹敵するレベルに達し得る。フェライトインサートによるリップル補正は、検討した3つすべてのA-FPシナリオで正味トルクを3.3倍減らせる。(ωdとωbはそれぞれ捕捉粒子のトロイダル歳差周波数とバウンス周波数であり、lは整数である)タイプの、熱粒子によるNTVトルクの共鳴増強は、高n=18であるにもかかわらず、ITERでは弱いことが見出された。同じことは、D-T運転フェーズからのITER 10 MA定常状態シナリオにも当てはまり、そこでは融合生成アルファ粒子に関連する前述の共鳴も含まれている。リップル誘導NTVトルクは、ITERでタイプI周辺局在化モードを制御するために印加される共鳴磁気摂動によって生じるトルクをはるかに下回る。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITER

AIによる論文要約

IITERの強化初期プラズマ運転段階におけるリップル誘導ネオクラシカル トロイダル粘性トルクについて
JAこの論文は、IITERのプラズマ物理や制御に興味のある研究者や学生に読まれることを想定しています。プラズマの運動量輸送や壁との相互作用など、核融合プラズマの基礎物理を理解する上で重要な知見が得られています。#IITERプラズマ物理 #ネオクラシカル粘性トルク #リップル補正 #プラズマ壁相互作用
LLM向け: {'Title': 'リップル誘導ネオクラシカル トロイダル粘性トルクについての研究', 'Author(s)': '不明', 'Research Object…

この論文は、IITERの強化初期プラズマ運転段階におけるリップル誘導ネオクラシカル トロイダル粘性トルクについて系統的に計算したものです。プラズマと壁の間隔を変えることで、タングステン壁とプラズマの相互作用の影響を軽減することができることが示されています。また、フェライト鋼のインサートによるリップル補正により、トルクを大幅に低減できることが明らかになりました。

Ripple-induced neoclassical toroidal viscous torque in Augmented-First Plasma operation phase in ITER
ENThis paper is of interest to fusion researchers and engineers working on ITER and other tokamak devices, as it provides insights into the complex plasma-wall interactions and the importance of magnetic field ripple mitigation.#ITERplasma #magneticfieldripple #neoclassicaltoroidalviscosity #plasmastability
LLM向け: {'Title': 'Ripple-induced neoclassical toroidal viscous torque in Augmented-Firs…

This paper investigates the impact of magnetic field ripple on the plasma in the Augmented-First Plasma (A-FP) operation phase of ITER. The study calculates the neoclassical toroidal viscous (NTV) torque, which can affect the plasma's stability and confinement. The results show that the NTV torque can be significant, especially as the plasma-wall gap decreases, but can be reduced by using ferritic steel inserts.

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