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Power requirements for electron cyclotron current drive and ion cyclotron resonance heating for sawtooth control in ITER

I.T. Chapman, J.P. Graves, O. Sauter, C. Zucca, O. Asunta, R.J. Buttery, S. Coda, T. Goodman, V. Igochine, T. Johnson2013年被引用 18Nuclear FusionIF 3出版社

13 MW of electron cyclotron current drive (ECCD) power deposited inside the q = 1 surface is likely to reduce the sawtooth period in ITER baseline scenario below the level empirically predicted to trigger neoclassical tearing modes (NTMs). However, since the ECCD control scheme is solely predicated upon changing the local magnetic shear, it is prudent to plan to use a complementary scheme which directly decreases the potential energy of the kink mode in order to reduce the sawtooth period. In the event that the natural sawtooth period is longer than expected, due to enhanced α particle stabilization for instance, this ancillary sawtooth control can be provided from >10MW of ion cyclotron resonance heating (ICRH) power with a resonance just inside the q = 1 surface. Both ECCD and ICRH control schemes would benefit greatly from active feedback of the deposition with respect to the rational surface. If the q = 1 surface can be maintained closer to the magnetic axis, the efficacy of ECCD and ICRH schemes significantly increases, the negative effect on the fusion gain is reduced, and off-axis negative-ion neutral beam injection (NNBI) can also be considered for sawtooth control. Consequently, schemes to reduce the q = 1 radius are highly desirable, such as early heating to delay the current penetration and, of course, active sawtooth destabilization to mediate small frequent sawteeth and retain a small q = 1 radius. Finally, there remains a residual risk that the ECCD + ICRH control actuators cannot keep the sawtooth period below the threshold for triggering NTMs (since this is derived only from empirical scaling and the control modelling has numerous caveats). If this is the case, a secondary control scheme of sawtooth stabilization via ECCD + ICRH + NNBI, interspersed with deliberate triggering of a crash through auxiliary power reduction and simultaneous pre-emptive NTM control by off-axis ECCD has been considered, permitting long transient periods with high fusion gain. The power requirements for the necessary degree of sawtooth control using either destabilization or stabilization schemes are expected to be within the specification of anticipated ICRH and ECRH heating in ITER, provided the requisite power can be dedicated to sawtooth control.

日本語訳

ITERのベースラインシナリオにおいて、q=1表面内に堆積される13MWの電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)電力は、鋸歯状振動周期を、ネオクラシカル・ティアリングモード(NTM)をトリガーすると経験的に予測されるレベル以下に短縮する可能性が高い。しかしながら、ECCDによる制御方式は局所的な磁気シアを変化させることのみに依存しているため、鋸歯状振動周期を延長するためにキンクモードのポテンシャルエネルギーを直接減少させる補完的な方式を用いることが賢明である。自然の鋸歯状振動周期が、例えばα粒子の強化された安定化効果により、予想よりも長い場合には、この補助的な鋸歯状振動制御は、q=1表面のすぐ内側に共鳴層を有する10MW超のイオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)電力によって提供され得る。ECCDおよびICRHの両制御方式は、有理面に対する電力堆積位置の能動的フィードバック制御から大きな恩恵を受けるであろう。q=1表面を磁気軸により近い位置に維持できれば、ECCDおよびICRH方式の有効性は有意に向上し、核融合利得への悪影響は低減され、さらにオフアクシス負イオン中性粒子ビーム入射(NNBI)も鋸歯状振動制御のために考慮され得る。したがって、電流分布の早期加熱によるq=1半径の縮小、そしてもちろん、頻繁な小振幅の鋸歯状振動を媒介としてq=1半径を小さく維持する能動的な鋸歯状振動不安定化など、q=1半径を縮小する方式が極めて望ましい。最後に、ECCD+ICRHによる制御アクチュエータが、NTMをトリガーする閾値以下に鋸歯状振動周期を維持できないという残存リスクがある(これは経験的スケーリングのみから導出されたものであり、制御モデリングには多くの不確実性が存在するためである)。この場合の二次的な制御方式として、ECCD+ICRH+NNBIによる鋸歯状振動の安定化と、補助加熱出力の低減による意図的な鋸歯状振動のトリガーを交互に実施し、同時にオフアクシスECCDによる予防的なNTM制御を行うことで、高い核融合利得を維持しつつ長い過渡期間を許容する方式が検討されている。不安定化または安定化のいずれかの方式による鋸歯状振動制御に必要な電力要件は、ITERにおいて想定されているICRHおよびECRH加熱の仕様の範囲内であると予想される。ただし、そのためには所要の電力を鋸歯状振動制御に専念できることが前提となる。

装置

iter高精度(タイトル一致)

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