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Understanding core tungsten (W) transport and control in an improved high-performance fully non-inductive discharge on EAST

Shengyu Shi, Jiale Chen, Clarisse Bourdelle, Xiang Jian, Tomáš Odstrčil, Andrea M. Garofalo, Yunxin Cheng, Yan Chao, Ling Zhang, Yanmin Duan2022年被引用 7Nuclear FusionIF 3出版社

The behavior of heavy/high-Z impurity tungsten (W) in an improved high-performance fully non-inductive discharge on EAST with ITER-like divertor (ILD) is analyzed. It is found that W could be well controlled. The causes of no W accumulation are clarified by analyzing the background plasma parameters and modeling the W transport. It turns out that the electron temperature (Te) and its gradient are usually high while the toroidal rotation and density peaking of the bulk plasma are small. In this condition, the modeled W turbulent diffusion coefficient is big enough to offset the total turbulent and neoclassical pinch, so that W density profile for zero particle flux will not be very peaked. Combining NEO and TGLF for the W transport coefficient and the impurity transport code STRAHL, not only the core W density profile is predicted but also the radiated information mainly produced by W in the experiment can be closely reconstructed. At last, the physics of controlling W accumulation by electron cyclotron resonance heating (ECRH) is illustrated considering the effects of changed Te by ECRH on ionization balance and transport of W. It shows that the change of ionization and recombination balance by changed Te is not enough to explain the experimental observation of W behavior, which should be attributed to the changed W transport. By comparing the W transport coefficients in two kinds of plasmas with different Te profiles, it is shown that high Te and its gradient play a key role to generate large turbulent diffusion through increasing the growth rate of linear instability so that W accumulation is prevented.

日本語訳

重高Z不純物タングステン(W)の、ITER類似ダイバータ(ILD)を備えたEASTにおける高性能完全非誘導放電中の挙動を解析した。Wは良好に制御され得ることが見出された。W蓄積が生じない原因は、背景プラズマパラメータの解析とW輸送のモデリングによって明らかにされた。電子温度(Te)とその勾配は通常高く、一方でバルクプラズマのトロイダル回転と密度ピーキングは小さいことが判明した。この条件下では、モデル化されたW乱流拡散係数は、総乱流および新古典ピンチを相殺するのに十分大きく、そのためゼロ粒子束に対するW密度分布はあまりピーキングしない。NEOとTGLFをW輸送係数の計算に、また不純物輸送コードSTRAHLを組み合わせることで、コアW密度分布が予測されるだけでなく、実験において主にWによって生成される放射情報も密接に再構築され得る。最後に、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)によるW蓄積制御の物理は、ECRHによるTeの変化がWの電離平衡と輸送に及ぼす影響を考慮して説明される。Teの変化による電離・再結合平衡の変化だけでは、W挙動の実験的観測を説明するには不十分であり、これはW輸送の変化に帰属されるべきことが示される。異なるTe分布を持つ2種類のプラズマにおけるW輸送係数を比較することにより、高いTeとその勾配が線形不安定性の成長率を増大させることを通じて大きな乱流拡散を生成し、それによってW蓄積が防止される上で重要な役割を果たすことが示される。

装置

east高精度(タイトル一致)iter中精度(概要文一致)

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