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First demonstration of rapid shutdown using neon shattered pellet injection for thermal quench mitigation on DIII-D

N. Commaux, D. Shiraki, L.R. Baylor, E.M. Hollmann, N.W. Eidietis, C.J. Lasnier, R.A. Moyer, T.C. Jernigan, S.J. Meitner, S.K. Combs2016年被引用 87Nuclear FusionIF 3出版社

Shattered pellet injection (SPI) is one of the prime candidates for the ITER disruption mitigation system because of its deeper penetration and larger particle flux than massive gas injection (MGI) (Taylor et al 1999 Phys. Plasmas6 1872) using deuterium (Commaux et al 2010 Nucl. Fusion50 112001, Combs et al 2010 IEEE Trans. Plasma Sci. 38 400, Baylor et al 2009 Nucl. Fusion49 085013). The ITER disruption mitigation system will likely use mostly high Z species such as neon because of more effective thermal mitigation and pumping constraints on the maximum amount of deuterium or helium that could be injected. An upgrade of the SPI on DIII-D enables ITER relevant injection characteristics in terms of quantities and gas species. This upgraded SPI system was used on DIII-D for the first time in 2014 for a direct comparison with MGI using identical quantities of neon.This comparison enabled the measurements of density perturbations during the thermal quench (TQ) and radiated power and heat loads to the divertor. It showed that SPI using similar quantities of neon provided a faster and stronger density perturbation and neon assimilation, which resulted in a lower conducted energy to the divertor and a faster TQ onset. Radiated power data analysis shows that this was probably due to the much deeper penetration of the neon in the plasma inducing a higher core radiation than in the MGI case. This experiment shows also that the MHD activity during an SPI shutdown (especially during the TQ) is quite different compared to MGI. This favorable TQ energy dissipation was obtained while keeping the current quench (CQ) duration within acceptable limits when scaled to ITER.

日本語訳

破砕ペレット入射(SPI)は、大量ガス入射(MGI)(Taylorら 1999 Phys. Plasmas 6 1872)よりも深い浸透と大きな粒子束を有するため、ITERのディスラプション緩和システムの主要な候補の一つである。ITERのディスラプション緩和システムは、より効果的な熱緩和と、注入可能な重水素またはヘリウムの最大量に関するポンピング制約により、ネオンなどの高Z種を主に使用するであろう。DIII-DにおけるSPIのアップグレードにより、量とガス種の観点からITER関連の注入特性が可能となった。このアップグレードされたSPIシステムは、2014年にDIII-Dで初めて使用され、同一量のネオンを用いたMGIとの直接比較が行われた。この比較により、熱クエンチ(TQ)中の密度摂動と、ダイバータへの放射パワーおよび熱負荷の測定が可能となった。同量のネオンを用いたSPIは、より速くより強い密度摂動とネオン同化をもたらし、その結果、ダイバータへの伝導エネルギーがより低く、TQ開始がより速くなることが示された。放射パワーデータ解析は、これはおそらくMGIの場合よりもプラズマ中のネオンの浸透がはるかに深く、コア放射がより高いためであることを示している。この実験は、SPI中のMHD活動(特にTQ中)がMGIと比較してかなり異なることも示している。この好ましいTQエネルギー散逸は、ITERにスケーリングした際に電流クエンチ(CQ)持続時間を許容範囲内に保ちながら達成された。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

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DIII-DPellet injectionShattered pellet injection
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