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Impact of magnetic islands on turbulent transport in the WEGA stellarator

S. Marsen, M. Otte, R. Wolf2012年被引用 3Nuclear FusionIF 3出版社

The role of the magnetic field topology for the complex interplay between turbulence and zonal flows (ZFs) leading to the formation of transport barriers is a recent topic in fusion research. Gaining knowledge on their relation in experiments requires a flexible magnetic configuration and a good diagnostic access with high temporal and spatial resolution. WEGA as a small classical stellarator with moderate plasma parameters is well suited for such experiments. Stationary n = 1 islands can be modified in size by external error field compensation coils. Configurations with m/n = 5/1 islands at the plasma edge are compared with configurations showing no major resonances (i.e. no islands). The spatio-temporal structure of fluctuations was studied with Langmuir-probe arrays at different toroidal and poloidal positions. In low density discharges ZF-like patterns were observed in potential fluctuations. A characteristic feature of these oscillations is a long range correlation (LRC) with fluctuations being symmetric on a flux surface. It was shown for the first time that the presence of magnetic islands alters the structure of these low frequency fluctuations. At r < risland the LRCs were still observed. Inside the islands the fluctuations showed up more like meso-scale structures with finite poloidal wave number. The poloidal correlation length was shown to be decreased with increasing islands width. Frequency resolved measurements of the turbulent transport across the island's X-point showed that these structures do not significantly contribute to the transport due to their nearly symmetric character. However, their decorrelation goes together with an increase in transport in the frequency range of the ambient turbulence.

日本語訳

乱流と帯状流(ZFs)の間の複雑な相互作用における磁場トポロジーの役割が輸送障壁の形成につながることは、核融合研究における最近のトピックである。実験においてそれらの関係についての知識を得るには、柔軟な磁場配位と、高い時間的・空間分解能を有する良好な計測アクセスが必要である。WEGAは、中程度のプラズマパラメータを持つ小型の古典的ステラレータであり、このような実験に適している。定常的なn = 1アイランドは、外部誤差磁場補償コイルによってその大きさを変えることができる。プラズマ周辺部にm/n = 5/1アイランドを持つ配位は、主要な共鳴を示さない(すなわちアイランドを持たない)配位と比較される。揺動の時空間構造は、異なるトロイダル方向およびポロイダル方向の位置でラングミュアプローブアレイを用いて研究された。低密度放電では、ZF様パターンが電位揺動において観測された。これらの振動の特徴的な特性は、磁気面上で対称な揺動との長距離相関(LRC)である。磁気アイランドの存在がこれらの低周波揺動の構造を変えることが初めて示された。r < rislandでは、LRCが依然として観測された。アイランド内部では、揺動は有限のポロイダル波数を持つメゾスケール構造のように現れた。ポロイダル相関長は、アイランド幅の増加とともに減少することが示された。アイランドのX点を横切る乱流輸送の周波数分解測定により、これらの構造はほぼ対称的な性質を持つため、輸送に有意に寄与しないことが示された。しかしながら、それらの非相関化は、周囲の乱流の周波数領域における輸送の増加を伴う。

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StellaratorMagnetic islandsTurbulent transport
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