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Experimental observation of electron-scale turbulence evolution across the L–H transition in the National Spherical Torus Experiment

Y. Ren, D.R. Smith, S.J. Zweben, R. Bell, W. Guttenfelder, S.M. Kaye, B.P. LeBlanc, E. Mazzucato, K.C. Lee, C.W. Domier2019年被引用 3Nuclear FusionIF 3出版社

Electron-scale turbulence (for ) was measured during the L–H transition in the National Spherical Torus Experiment (NSTX) (Ono et al 2000 Nucl. Fusion40 557) using a coherent microwave scattering system. The measurements were carried out at a radial region adjacent to the edge transport barrier (ETB) (at smaller radius than ETB). The observed L–H transition occurred during current flattop, which facilitated the measurement of electron-scale turbulence. The measured electron-scale turbulence is observed to be quasi-stationary before the L–H transition, and an intermittent phase for electron-scale turbulence is observed after the start of the L–H transition with a gradual decrease in overall turbulence density fluctuation spectral power with intermittent large relative variations (on  ∼0.5–1 ms time scale) in the total spectral power. A turbulence-quiescent phase is observed following the intermittent phase, and a significant reduction in the electron-scale turbulence spectral power is only observed at lower wavenumbers, namely –10, which is also seen in different operational NSTX scenarios due to different stabilization mechanisms. A recovery phase is seen after the quiescent phase, where the electron-scale density fluctuation power starts to gradually increase. Simultaneous ion-scale turbulence measurements at larger radius than the electron-scale turbulence measurement location show similar temporal behavior in ion-scale turbulence as in the measured electron-scale turbulence. These observations demonstrate that the suppression of turbulence during the L–H transition is not just limited to the ETB region. None of the measured electron-scale turbulence and ion-scale turbulence from edge into core is found to be obviously leading in the response to the L–H transition, and the overall turbulence suppression after the start of the L–H transition at different radii seems to start at the same time and is a gradual process happening on a tens-of-ms time scale. The trend of decrease in electron-scale turbulence during the L–H transition is found to be consistent with a decrease in the maximum electron-temperature-gradient linear growth rate from linear gyrokinetic stability analysis. However, the observed intermittency in electron-scale turbulence during the intermittent phase cannot be explained by the linear analysis.

日本語訳

電子スケールの乱流( に対して)は、国立球状トーラス実験装置(NSTX)(Ono et al 2000 Nucl. Fusion40 557)において、コヒーレントマイクロ波散乱システムを用いてL–H遷移中に測定された。測定は、エッジ輸送障壁(ETB)に隣接する動径領域(ETBよりも小さい半径)で実施された。観測されたL–H遷移は電流フラットトップ中に発生し、これにより電子スケール乱流の測定が容易になった。測定された電子スケール乱流は、L–H遷移の前に準定常状態であることが観測され、L–H遷移の開始後には、全スペクトルパワーにおける(約0.5–1 msの時間スケールでの)大きな相対変動を伴う全乱流密度揺動スペクトルパワーの漸減を伴う間欠的位相が観測される。間欠的位相に続いて乱流静穏位相が観測され、電子スケール乱流スペクトルパワーの顕著な減少は、より低い波数、すなわち においてのみ観測され、これは異なる安定化メカニズムによる異なるNSTX運転シナリオでも見られる。静穏位相の後には回復位相が見られ、そこでは電子スケール密度揺動パワーが徐々に増加し始める。電子スケール乱流測定位置よりも大きい半径での同時イオンスケール乱流測定は、測定された電子スケール乱流と同様の時間的挙動をイオンスケール乱流において示す。これらの観測は、L–H遷移中の乱流抑制がETB領域に限定されないことを示している。エッジからコアにかけての測定された電子スケール乱流とイオンスケール乱流のいずれも、L–H遷移への応答において明確に先行するものは見られず、L–H遷移開始後の異なる半径での全体的な乱流抑制は、同時に開始し、数十msの時間スケールで進行する漸進的過程であると思われる。L–H遷移中の電子スケール乱流の減少傾向は、線形ジャイロ運動論的安定性解析からの最大電子温度勾配線形成長率の減少と一致することが見出された。しかしながら、間欠的位相中に観測された電子スケール乱流の間欠性は、線形解析によっては説明できない。

装置

nstx-u高精度(タイトル一致)

wiki

NSTXSpherical torusL-H transition
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