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The role of turbulence–flow interactions in L- to H-mode transition dynamics: recent progress

L. Schmitz2017年被引用 62Nuclear FusionIF 3出版社

Recent experimental and simulation work has substantially advanced the understanding of L-mode plasma edge turbulence and plasma flows and their mutual interaction across the L–H transition. Flow acceleration and E  ×  B shear flow amplification via the turbulent Reynolds stress have been directly observed in multiple devices, using multi-tip probe arrays, Doppler backscattering, beam emission spectroscopy, and gas puff imaging diagnostics. L–H transitions characterized by limit-cycle oscillations (LCO) allow probing of the trigger dynamics and the synergy of turbulence-driven and pressure-gradient-driven flows with high spatio-temporal resolution. L-mode turbulent structures exhibit characteristic changes in topology (tilting) and temporal and radial correlation preceding the L–H transition. Long-range toroidal flow correlations increase preceding edge-transport-barrier formation. The energy transfer from the turbulence spectrum to large-scale axisymmetric flows has been quantified in L-LCO and fast L–H transitions in several devices. After formation of a transient barrier, the increasing ion pressure gradient (via the E  ×  B flow shear associated with diamagnetic flow) sustains fluctuation suppression and secures the transition to H-mode. Heuristic models of the L–H trigger dynamics have progressed from 0D predator–prey models to 1D extended models, including neoclassical ion flow-damping and pressure-gradient evolution. Initial results from 2D and 3D reduced fluid models have been obtained for high-collisionality regimes.

日本語訳

最近の実験およびシミュレーション研究は、L–H遷移におけるLモードプラズマ周辺乱流とプラズマ流、およびそれらの相互の相互作用の理解を大幅に進展させた。乱流レイノルズ応力による流れの加速とE  ×  Bせん断流の増幅は、マルチチッププローブアレイ、ドップラー後方散乱、ビーム放射分光、およびガスパフイメージング診断を用いて、複数の装置で直接観測された。リミットサイクル振動(LCO)によって特徴づけられるL–H遷移は、トリガー力学と、乱流駆動流および圧力勾配駆動流の相乗効果を、高い時空間分解能で調べることを可能にする。Lモード乱流構造は、L–H遷移に先立って、トポロジー(傾斜)および時間的・径方向相関において特徴的な変化を示す。長距離トロイダル流相関は、周辺輸送障壁形成に先立って増大する。乱流スペクトルから大規模軸対称流へのエネルギー移動は、複数の装置におけるL-LCOおよび高速L–H遷移において定量化されている。過渡的障壁の形成後、イオン圧力勾配の増大(反磁性流に伴うE  ×  B流せん断を介して)がゆらぎ抑制を維持し、Hモードへの遷移を確実にする。L–Hトリガー力学のヒューリスティックモデルは、0D捕食者–被食者モデルから、新古典イオン流減衰と圧力勾配発展を含む1D拡張モデルへと進展している。高衝突度領域に対して、2Dおよび3Dの縮約流体モデルからの初期結果が得られている。

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H-mode
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