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Internal amplitude, structure and identification of compressional and global Alfvén eigenmodes in NSTX

N.A. Crocker, E.D. Fredrickson, N.N. Gorelenkov, W.A. Peebles, S. Kubota, R.E. Bell, A. Diallo, B.P. LeBlanc, J.E. Menard, M. Podestà2013年被引用 28Nuclear FusionIF 3出版社

Fast-ions (e.g. fusion alphas and neutral beam ions) will excite a wide range of instabilities in ITER and a Fusion Nuclear Science Facility device. Among the possible instabilities are high frequency Alfvén eigenmodes (AEs) excited through Doppler-shifted cyclotron resonance with beam ions. High frequency AEs cause fast-ion transport, correlate with enhanced electron thermal transport and are postulated to contribute to ion heating. These high frequency modes have historically been identified as a mixture of compressional (CAE) and global (GAE) Alfvén eigenmodes, but distinguishing between the CAEs and GAEs has sometimes proven difficult. Identification is essential for understanding the extent of their effect, since the two types of modes have very different effects on resonant particle orbits. The effect on plasma performance of high frequency AEs is investigated in NSTX, facilitated by a recently upgraded array of 16 fixed-frequency quadrature reflectometers. Detailed measurements of high frequency AE amplitude and eigenmode structure were obtained in a high power (6 MW), beam-heated H-mode plasma that is very similar to those in which high frequency AE activity is shown to correlate with enhanced electron thermal transport. These measurements, which extend from the plasma edge to deep in the core, can be used in modelling the effects of the modes on electron thermal transport. The observed modes are identified by comparison of their frequency and measured toroidal mode numbers with local Alfvén dispersion relations. The modes identified as CAEs have higher frequencies (predominantly f> ∼600 kHz) and smaller toroidal mode numbers (|n| ⩽ 5) than the GAEs (predominantly f < ∼600 kHz, n = −6 to −8). Also, they are strongly core localized, in contrast with the GAEs, which also peak towards the plasma centre but have much broader radial extent.

日本語訳

高速イオン(例えば、核融合アルファ粒子や中性粒子ビームイオン)は、ITERおよびFusion Nuclear Science Facility装置において、広範囲の不安定性を励起するであろう。可能性のある不安定性の中には、ビームイオンとのドップラーシフトサイクロトロン共鳴によって励起される高周波アルヴェン固有モード(AE)がある。高周波AEは高速イオン輸送を引き起こし、電子熱輸送の増大と相関し、イオン加熱に寄与すると推測されている。これらの高周波モードは、歴史的には圧縮(CAE)およびグローバル(GAE)アルヴェン固有モードの混合として同定されてきたが、CAEとGAEを区別することは時に困難であることが判明している。同定は、それらの影響の程度を理解するために不可欠である。なぜなら、2種類のモードは共鳴粒子軌道に対して非常に異なる影響を与えるからである。高周波AEのプラズマ性能への影響は、最近アップグレードされた16個の固定周波数直交反射計のアレイによって可能にされ、NSTXで調査されている。高周波AE振幅と固有モード構造の詳細な測定は、高周波AE活動が電子熱輸送の増大と相関することが示されているものと非常に類似した、高電力(6 MW)、ビーム加熱Hモードプラズマにおいて得られた。プラズマ端からコア深部まで及ぶこれらの測定は、電子熱輸送に対するモードの影響をモデル化する際に使用できる。観測されたモードは、その周波数と測定されたトロイダルモード数を局所アルヴェン分散関係と比較することによって同定される。CAEとして同定されたモードは、GAE(主にf < ∼600 kHz、n = −6〜−8)よりも高い周波数(主にf> ∼600 kHz)とより小さいトロイダルモード数(|n| ⩽ 5)を有する。また、それらは強くコアに局在しており、プラズマ中心に向かってピークを持つが半径方向の広がりがはるかに広いGAEとは対照的である。

装置

nstx-u高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

wiki

Alfvén waveAlfvén eigenmodeNSTX
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