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Overview of ASDEX upgrade results in view of ITER and DEMO

H. Zohm, E. Alessi, C. Angioni, N. Arden, V. Artigues, M. Astrain, O. Asunta, M. Balden, V. Bandaru, A. Banon Navarro2024年11月Nuclear FusionIF 3出版社

Experiments on ASDEX Upgrade (AUG) in 2021 and 2022 have addressed a number of critical issues for ITER and EU DEMO. A major objective of the AUG programme is to shed light on the underlying physics of confinement, stability, and plasma exhaust in order to allow reliable extrapolation of results obtained on present day machines to these reactor-grade devices. Concerning pedestal physics, the mitigation of edge localised modes (ELMs) using resonant magnetic perturbations (RMPs) was found to be consistent with a reduction of the linear peeling-ballooning stability threshold due to the helical deformation of the plasma. Conversely, ELM suppression by RMPs is ascribed to an increased pedestal transport that keeps the plasma away from this boundary. Candidates for this increased transport are locally enhanced turbulence and a locked magnetic island in the pedestal. The enhanced D-alpha (EDA) and quasi-continuous exhaust (QCE) regimes have been established as promising ELM-free scenarios. Here, the pressure gradient at the foot of the H-mode pedestal is reduced by a quasi-coherent mode, consistent with violation of the high-n ballooning mode stability limit there. This is suggestive that the EDA and QCE regimes have a common underlying physics origin. In the area of transport physics, full radius models for both L- and H-modes have been developed. These models predict energy confinement in AUG better than the commonly used global scaling laws, representing a large step towards the goal of predictive capability. A new momentum transport analysis framework has been developed that provides access to the intrinsic torque in the plasma core. In the field of exhaust, the X-Point Radiator (XPR), a cold and dense plasma region on closed flux surfaces close to the X-point, was described by an analytical model that provides an understanding of its formation as well as its stability, i.e., the conditions under which it transitions into a deleterious MARFE with the potential to result in a disruptive termination. With the XPR close to the divertor target, a new detached divertor concept, the compact radiative divertor, was developed. Here, the exhaust power is radiated before reaching the target, allowing close proximity of the X-point to the target. No limitations by the shallow field line angle due to the large flux expansion were observed, and sufficient compression of neutral density was demonstrated. With respect to the pumping of non-recycling impurities, the divertor enrichment was found to mainly depend on the ionisation energy of the impurity under consideration. In the area of MHD physics, analysis of the hot plasma core motion in sawtooth crashes showed good agreement with nonlinear 2-fluid simulations. This indicates that the fast reconnection observed in these events is adequately described including the pressure gradient and the electron inertia in the parallel Ohm's law. Concerning disruption physics, a shattered pellet injection system was installed in collaboration with the ITER International Organisation. Thanks to the ability to vary the shard size distribution independently of the injection velocity, as well as its impurity admixture, it was possible to tailor the current quench rate, which is an important requirement for future large devices such as ITER. Progress was also made modelling the force reduction of VDEs induced by massive gas injection on AUG. The H-mode density limit was characterised in terms of safe operational space with a newly developed active feedback control method that allowed the stability boundary to be probed several times within a single discharge without inducing a disruptive termination. Regarding integrated operation scenarios, the role of density peaking in the confinement of the ITER baseline scenario (high plasma current) was clarified. The usual energy confinement scaling ITER98(p,y) does not capture this effect, but the more recent H20 scaling does, highlighting again the importance of developing adequate physics based models. Advanced tokamak scenarios, aiming at large non-inductive current fraction due to non-standard profiles of the safety factor in combination with high normalised plasma pressure were studied with a focus on their access conditions. A method to guide the approach of the targeted safety factor profiles was developed, and the conditions for achieving good confinement were clarified. Based on this, two types of advanced scenarios ('hybrid' and 'elevated' q-profile) were established on AUG and characterised concerning their plasma performance.

日本語訳

ASDEX Upgrade(AUG)における2021年および2022年の実験は、ITERおよびEU DEMOにとって重要な多くの課題に取り組んだ。AUGプログラムの主要な目的は、閉じ込め、安定性、およびプラズマ排気の基礎物理を解明し、現在の装置で得られた結果をこれらの炉級装置へ確実に外挿できるようにすることである。ペデスタル物理に関しては、共鳴磁場摂動(RMP)を用いた周辺局在モード(ELM)の緩和は、プラズマの螺旋変形による線形ピーリング・バルーニング安定性閾値の低下と整合的であることが見いだされた。逆に、RMPによるELM抑制は、プラズマをこの境界から遠ざけるペデスタル輸送の増加に帰属される。この輸送増加の候補として、局所的に強化された乱流とペデスタル内のロック磁気島がある。enhanced D-alpha(EDA)および準連続排気(QCE)領域は、有望なELMフリーシナリオとして確立されている。ここでは、Hモードペデスタル底部の圧力勾配が準コヒーレントモードによって低減され、そこでの高nバルーニングモード安定性限界の破れと整合している。これは、EDA領域とQCE領域が共通の基礎物理的起源を持つことを示唆している。輸送物理の分野では、LモードとHモードの両方に対する全半径モデルが開発された。これらのモデルは、一般に使われる全球スケーリング則よりもAUGのエネルギー閉じ込めをよく予測し、予測能力という目標に向けた大きな一歩を表している。プラズマ中心部の固有トルクへのアクセスを提供する新しい運動量輸送解析フレームワークが開発された。排気の分野では、X点近傍の閉磁気面上の冷たく高密度なプラズマ領域であるX点放射体(XPR)が、その形成と安定性、すなわち破壊的終了をもたらす可能性のある有害なMARFEへ遷移する条件の理解を提供する解析モデルによって記述された。XPRがダイバータターゲットに近い状態で、新しい非接触ダイバータ概念であるコンパクト放射ダイバータが開発された。ここでは、排気電力がターゲットに到達する前に放射され、X点がターゲットに近接することを可能にする。大きな磁束拡大による浅い磁力線角度による制限は観測されず、中性粒子密度の十分な圧縮が実証された。非リサイクリング不純物の排気に関しては、ダイバータ濃縮が主に考慮対象の不純物の電離エネルギーに依存することが見いだされた。MHD物理の分野では、鋸歯状波クラッシュにおける高温プラズマ中心部の運動の解析が、非線形2流体シミュレーションと良い一致を示した。これは、これらの事象で観測される高速磁気リコネクションが、圧力勾配と平行オーム則における電子慣性を含めて適切に記述されることを示している。ディスラプション物理に関しては、ITER国際機構との協力により破砕ペレット注入システムが設置された。破片サイズ分布を注入速度とは独立に、またその不純物混合比も独立に変化させることができるおかげで、電流クエンチ率を調整することが可能となった。これはITERのような将来の大型装置にとって重要な要件である。AUGにおける大量ガス注入によって誘起されるVDEの力低減のモデル化でも進展があった。Hモード密度限界は、新しく開発された能動フィードバック制御法によって安全な運転領域の観点から特徴付けられた。この方法により、単一放電内で破壊的終了を誘起することなく安定性境界を複数回探査することができた。統合運転シナリオに関しては、ITERベースラインシナリオ(高プラズマ電流)の閉じ込めにおける密度ピーキングの役割が明らかにされた。通常のエネルギー閉じ込めスケーリングITER98(p,y)はこの効果を捉えていないが、より最近のH20スケーリングは捉えており、適切な物理ベースモデルを開発することの重要性を再び強調している。先進トカマクシナリオは、高い規格化プラズマ圧力と組み合わせた安全係数の非標準的な分布による大きな非誘導電流分率を目指すものであり、その実現条件に焦点を当てて研究された。目標とする安全係数分布への接近を導く方法が開発され、良好な閉じ込めを達成するための条件が明らかにされた。これに基づき、2種類の先進シナリオ(「ハイブリッド」および「高めた」q分布)がAUGで確立され、そのプラズマ性能に関して特徴付けられた。

装置

asdex-upgrade高精度(タイトル一致)iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERDEMOASDEXASDEX Upgrade

AIによる論文要約

ASDEX アップグレードの結果の概要 - ITER および DEMO の観点から
JAこの論文は、核融合プラズマの物理や工学に興味のある研究者や学生に有益です。特に、ITER や DEMO といった次世代核融合炉の設計に携わる研究者にとって重要な知見が含まれています。#ASDEX_Upgrade #ITER_DEMO #Plasma_Physics #Fusion_Engineering
LLM向け: {'Title': '概要:ASDEX アップグレード実験結果の ITER および DEMO への示唆', 'Author(s)': 'ASDEX Upgrad…

この論文は、ASDEX アップグレード装置で行われた実験結果を報告しており、ITER や DEMO といった次世代核融合炉の設計に役立つ知見を提供しています。主な内容は、プラズマの閉じ込め、安定性、排気に関する物理現象の理解です。具体的には、ELM の抑制、ELM のない運転モード、輸送モデル、プラズマ中心部の運動量輸送、ダイバータ排気、プラズマ崩壊の制御などが取り上げられています。

Overview of ASDEX Upgrade Results in View of ITER and DEMO
ENThis paper is essential reading for fusion researchers and engineers working on the development of ITER and DEMO, as it provides valuable insights into the performance and behavior of tokamak plasmas that are directly applicable to these next-generation fusion devices.#FusionResearch #ASDEXUPGRADE #ITER #DEMO #PlasmaPhysics
LLM向け: {'Title': 'Overview of ASDEX Upgrade Results in View of ITER and DEMO', 'Author(…

This paper summarizes key findings from experiments on the ASDEX Upgrade tokamak that are relevant for the design and operation of future fusion reactors like ITER and DEMO. It covers topics such as plasma confinement, stability, and exhaust, providing insights into the underlying physics that can help improve the predictive capabilities of fusion models.

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