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Characterization of peeling modes in a low aspect ratio tokamak

M.W. Bongard, K.E. Thome, J.L. Barr, M.G. Burke, R.J. Fonck, E.T. Hinson, A.J. Redd, D.J. Schlossberg2014年被引用 10Nuclear FusionIF 3出版社

Peeling modes are observed at the plasma edge in the Pegasus Toroidal Experiment under conditions of high edge current density (Jedge ∼ 0.1 MA m−2) and low magnetic field (B ∼ 0.1 T) present at near-unity aspect ratio. Their macroscopic properties are measured using external Mirnov coil arrays, Langmuir probes and high-speed visible imaging. The modest edge parameters and short pulse lengths of Pegasus discharges permit direct measurement of the internal magnetic field structure with an insertable array of Hall-effect sensors, providing the current profile and its temporal evolution. Peeling modes generate coherent, edge-localized electromagnetic activity with low toroidal mode numbers n ⩽ 3 and high poloidal mode numbers, in agreement with theoretical expectations of a low-n external kink structure. Coherent MHD fluctuation amplitudes are found to be strongly dependent on the experimentally measured Jedge/B peeling instability drive, consistent with theory. Peeling modes nonlinearly generate ELM-like, field-aligned filamentary structures that detach from the edge and propagate radially outward. The KFIT equilibrium code is extended with an Akima spline profile parameterization and an improved model for induced toroidal wall current estimation to obtain a reconstruction during peeling activity with its current profile constrained by internal Hall measurements. It is used to test the analytic peeling stability criterion and numerically evaluate ideal MHD stability. Both approaches predict instability, in agreement with experiment, with the latter identifying an unstable external kink.

日本語訳

ペーリングモードは、ペガサストロイダル実験において、高いエッジ電流密度(Jedge ∼ 0.1 MA m−2)と低い磁場(B ∼ 0.1 T)が存在するニアユニティアスペクト比の条件下で、プラズマ端に観測される。それらの巨視的性質は、外部ミルノフコイルアレイ、ラングミュアプローブ、および高速可視化イメージングを用いて測定される。ペガサス放電の穏やかなエッジパラメータと短いパルス長により、挿入可能なホール効果センサーアレイを用いた内部磁場構造の直接測定が可能となり、電流分布とその時間発展が得られる。ペーリングモードは、低トロイダルモード数(n ≤ 3)かつ高ポロイダルモード数を有するコヒーレントなエッジ局在電磁活動を生成し、これは低n外部キンク構造の理論的予測と一致する。コヒーレントなMHD変動振幅は、実験的に測定されたJedge/Bペーリング駆動項に強く依存することが見出され、これは理論と一致する。ペーリングモードは非線形的にELM様のフィラメント構造を生成し、これらはエッジから剥離して径方向外側に伝播する。KFIT平衡コードは、アカマイスプライン分布パラメータ化と誘起壁電流推定の改良モデルを用いて拡張され、内部ホール測定によって拘束された電流分布を有する再構成をペーリング活動中に得る。これは解析的ペーリング安定性基準の検証と、理想MHD安定性の数値評価に用いられる。両アプローチは不安定性を予測し、実験と一致するが、後者は不安定な外部キンクを同定する。

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