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Pedestal structure in H-mode plasmas

Hajime Urano2014年被引用 33Nuclear FusionIF 3出版社

The present understanding of edge pedestal structure is reviewed. Pedestal plasma strongly affects fusion power and divertor heat load, and as such, characterization of the pedestal structure has significantly progressed. In high-confinement mode (H-mode) plasmas, the pedestal component plays the role of a boundary condition in determining the core heat transport through profile stiffness. On the other hand, a higher global poloidal beta or Shafranov shift improves the stability of the plasma edge in the low magnetic field side particularly at high triangularity. Toroidal rotation also influences the edge stability boundary. While toroidal flow stabilizes high-n ballooning modes, it destabilizes low-n kink/peeling modes. On the basis of this background, characterization of the pedestal pressure profile has been attempted from a geometrical viewpoint of width, gradient and height. While the pressure gradient is given mainly by the peeling–ballooning stability limit, many experimental results indicate the pedestal width scales approximately as the square root of the poloidal beta at the pedestal. Some supportive experimental results were observed where the kinetic ballooning mode (KBM) was seen as a turbulent transport that exists in the pedestal region and explained the empirical scaling of the pedestal width. A predictive model of the pedestal height (EPED1) has been developed, in which the pedestal height can be consequently estimated by knowledge of the edge magneto-hydrodynamic (MHD) stability on the pressure gradient and the KBM transport characterizing the pedestal width.The influence of the metal wall on the pedestal and confinement has intensively been studied in accordance with the decision of the installation of a full beryllium first wall and a full tungsten divertor in ITER. A common pattern among the existing metal wall tokamaks has been found that the pedestal and global confinement are affected by a requirement for increased gas fuelling (to screen high-Z impurity influxes) as well as a change in pedestal characteristics due to a decrease of the low-Z impurity concentration in the pedestal region. The pedestal pressure or temperature, and thus the energy confinement, can be raised by seeding low-Z extrinsic impurities.

日本語訳

エッジペデスタル構造の現在の理解について概説する。ペデスタルプラズマは核融合出力とダイバータ熱負荷に強く影響し、そのためペデスタル構造の特性評価は大きく進展してきた。高閉じ込めモード(Hモード)プラズマにおいて、ペデスタル成分はプロファイル剛性を通じてコア熱輸送を決定する際の境界条件の役割を果たす。一方、高いポロイダルベータまたはシャフラノフシフトは、特に高三角形度において低磁場側のプラズマエッジの安定性を向上させる。トロイダル回転もエッジ安定性境界に影響を与える。トロイダル流は高nバルーニングモードを安定化する一方、低nキンク/ピーリングモードを不安定化する。このような背景に基づき、ペデスタル圧力プロファイルの特性評価が、幅、勾配、高さの幾何学的観点から試みられてきた。圧力勾配は主にピーリング-バルーニング安定性限界によって与えられる一方、多くの実験結果はペデスタル幅がペデスタルにおけるポロイダルベータの平方根にほぼ比例してスケールすることを示している。運動論的バルーニングモード(KBM)がペデスタル領域に存在する乱流輸送として観測され、ペデスタル幅の経験的スケーリングを説明するという、それを支持する実験結果も得られている。ペデスタル高さの予測モデル(EPED1)が開発され、これによりペデスタル高さは、圧力勾配に関するエッジ磁気流体力学(MHD)安定性と、ペデスタル幅を特徴付けるKBM輸送の知識から結果的に推定できる。ITERにおける全ベリリウム第一壁と全タングステンダイバータの設置決定に伴い、金属壁がペデスタルと閉じ込めに及ぼす影響が集中的に研究されてきた。既存の金属壁トカマクにおいて共通のパターンが見出されており、ペデスタルと全体閉じ込めは、高Z不純物の流入を遮蔽するためのガス供給増加の要求と、ペデスタル領域における低Z不純物濃度の減少によるペデスタル特性の変化の両方に影響される。ペデスタル圧力または温度、ひいてはエネルギー閉じ込めは、低Z外部不純物のシーディングによって上昇させることができる。

装置

iter中精度(概要文一致)

wiki

H-modePedestal
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