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Intrinsic toroidal velocity near the edge of DIII-D H-mode plasmas

J.S. deGrassie, R.J. Groebner, K.H. Burrell, W.M. Solomon2009年被引用 90Nuclear FusionIF 3出版社

The intrinsic toroidal velocity, Vϕ, in DIII-D (Luxon 2002 Nucl. Fusion42 614) H-modes is measured to be nonzero in the pedestal region, in the direction of the plasma current, co-Ip. Intrinsic, or spontaneous, velocity is that which arises with no known external momentum injection. This intrinsic velocity is measured to scale roughly linearly with the local ion temperature, Ti, Vϕ ∼ Ti, in the pedestal and in the edge region just inside the pedestal. With either co-Ip, or counter-Ip neutral beam injected torque, the pedestal velocity is accelerated in the direction of the torque; it is not a fixed boundary condition. A simple model of thermal ion orbit loss predicts the sign of Vϕ, a relevant magnitude for Vϕ, and the approximate scaling Vϕ ∼ Ti. This model for a boundary condition on the intrinsic toroidal velocity gives a result of approximate diamagnetic form, Vϕ ∼ εpTi/LBθ, where L is a scale length, Bθ the poloidal magnetic field and εp a small numerical parameter. This model is a local calculation of velocity, an approximation to the inherently nonlocal region of the pedestal where the thermal ion banana width is comparable to the pedestal width. In this model we also assume that the loss cone in velocity space is empty; no collisions are considered. A recent particle simulation of the pedestal region of a DIII-D NBI-driven H-mode discharge that includes collisions indicates that thermal ion orbit loss results in a co-Ip velocity just inside the last closed flux surface (Chang and Ku 2008 Phys. Plasmas15 062510-1). Thus, we do not expect that nonlocality nor finite collisionality wash out the effect. Inside the pedestal our model shows that thermal ion orbit loss is negligible. In this region of the edge we also measure a similar scaling for the intrinsic velocity several pedestal widths inside the pedestal location, Vϕ ∼ Ti. One mechanism that could maintain the Ti scaling inwards from the pedestal is the model of an inward momentum pinch velocity proportional to the gradient of Ti.

日本語訳

DIII-D(Luxon 2002 Nucl. Fusion 42 614)におけるHモードの固有トロイダル速度Vϕは、ペデスタル領域においてプラズマ電流方向(co-Ip)に非零であると測定される。固有速度、すなわち自発速度とは、外部からの運動量注入が無い状態で生じる速度である。この固有速度は、ペデスタル領域およびペデスタル直下の境界領域において、局所イオン温度Tiにほぼ比例してスケールすることが測定される(Vϕ ∼ Ti)。co-Ipまたはcounter-Ipのいずれの中性粒子ビーム入射トルクによっても、ペデスタル速度はトルクの方向に加速される。すなわち、これは固定された境界条件ではない。熱的イオン軌道損失の単純なモデルは、Vϕの符号、Vϕの妥当な大きさ、およびVϕ ∼ Tiという近似的なスケーリングを予測する。固有トロイダル速度に対する境界条件のこのモデルは、近似的な反磁性形式の結果を与える:Vϕ ∼ εpTi/LBθ。ここでLは長さスケール、Bθはポロイダル磁場、εpは小さな数値パラメータである。このモデルは速度の局所計算であるが、熱的イオン捕捉幅がペデスタル幅に匹敵するペデスタル領域の本質的に非局所的な領域に対する近似である。このモデルではまた、速度空間における損失円錐が空であることを仮定する。すなわち、衝突は考慮されない。DIII-DのNBI駆動Hモード放電のペデスタル領域に関する最近の粒子シミュレーション(Chang and Ku 2008 Phys. Plasmas 15 062510-1)は、衝突を含めた場合、熱的イオン軌道損失が最外閉磁気面の直内側においてco-Ip方向の速度をもたらすことを示している。したがって、非局所性も有限衝突性もこの効果を消失させないと我々は考える。ペデスタル内部では、我々のモデルは熱的イオン軌道損失が無視できることを示す。この境界領域において、我々はペデスタル内部の数ペデスタル幅の位置でも固有速度に対して同様のスケーリング(Vϕ ∼ Ti)を測定する。ペデスタルから内側に向かってTiスケーリングを維持し得る一つの機構は、Tiの勾配に比例する内向きの運動量ピンチ速度のモデルである。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DH-mode
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