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Alfvén eigenmodes and fast ion transport in negative triangularity DIII-D plasmas

M.A. Van Zeeland, C.S. Collins, W.W. Heidbrink, M.E. Austin, X.D. Du, V.N. Duarte, A. Hyatt, G. Kramer, N. Gorelenkov, B. Grierson2019年被引用 18Nuclear FusionIF 3出版社

The first energetic particle experiments in negative triangularity tokamak plasmas have been carried out on DIII-D. Alfvén eigenmode (AE) activity and associated fast ion transport comparable to that in positive triangularity is observed during the current ramp portion of all plasmas with early beam heating indicating negative triangularity does not confer a special advantage with respect to AE induced transport. In these discharges, a range of mode activity driven by the sub-Alfvénic () 80 kV neutral beams is found including beta induced Alfvén acoustic eigenmodes, beta induced Alfvén eigenmodes, reversed shear Alfvén eigenmodes (RSAEs) and toroidicity induced Alfvén eigenmodes (TAEs). Mode intermittency and possibly chirping appears to be more common than comparable positive triangularity and/or oval discharges but overall, the unstable spectra and mode amplitudes observed on magnetics, CO2 interferometry, and electron cyclotron emission in a set of matched positive and negative triangularity cases at moderate beam power is similar. Large levels of Alfvén eigenmode induced fast ion transport are found in both positive and negative triangularity with up to central fast ion pressure deficits relative to classical predictions early during the current ramp phase for discharges with 3 MW injected 80 kV neutral beam power. The deficit in both cases is reduced toward zero as the current penetrates and eventually reaches classical levels during current flattop with . Fast ion transport in negative triangularity plasmas measured using a beam modulation technique show very similar levels to those measured in oval plasmas over the range of tested beam powers (–7 MW). This similarity is found despite quite different unstable spectra in the highest beam power case where a mixture of coherent and quasi-coherent modes in the TAE frequency range are observed in negative triangularity and a spectrum of more typical narrowband TAEs and RSAEs is observed for the oval plasmas.

日本語訳

DIII-Dにおいて、負三角形度トカマクプラズマでの最初の高エネルギー粒子実験が実施された。初期ビーム加熱を伴う全プラズマの電流立ち上げ期間中に、正三角形度と同等のアルヴェーン固有モード(AE)活動と関連する高速粒子輸送が観測され、負三角形度はAE誘起輸送に関して特別な利点をもたらさないことが示された。これらの放電では、亜アルヴェーン速度の80 kV中性ビームによって駆動される多様なモード活動が観測され、ベータ誘起アルヴェーン音響固有モード、ベータ誘起アルヴェーン固有モード、逆シア・アルヴェーン固有モード(RSAE)、およびトロイダル誘起アルヴェーン固有モード(TAE)が含まれる。モードの間欠性およびおそらくチャープ現象は、同等の正三角形度および/または楕円形断面放電よりも一般的であると思われるが、全体として、磁気計測、CO2干渉計、および電子サイクロトロン放射測定で観測された不安定スペクトルとモード振幅は、中程度のビーム出力における整合した正三角形度と負三角形度のケースで類似していた。3 MWの80 kV中性ビーム出力を有する放電の電流立ち上げ初期段階において、正三角形度と負三角形度の両方で、古典的予測に対する最大で[値]の中心高速粒子圧力欠損を伴う、アルヴェーン固有モード誘起の高速粒子輸送が顕著に見られた。電流が浸透するにつれて、両ケースの欠損はゼロに向かって減少し、最終的に電流フラットトップ期間中に古典的レベルに達した。ビーム変調技術を用いて測定された負三角形度プラズマ中の高速粒子輸送は、試験したビーム出力範囲(–7 MW)において楕円形断面プラズマで測定された値と非常に類似していた。この類似性は、最高ビーム出力ケースにおいて不安定スペクトルがかなり異なるにもかかわらず見られ、負三角形度ではTAE周波数帯域のコヒーレントおよび準コヒーレントモードの混合が観測され、楕円形断面プラズマではより典型的な狭帯域TAEおよびRSAEのスペクトルが観測された。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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