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Increase of turbulence and transport with resonant magnetic perturbations in ELM-suppressed plasmas on DIII-D

G.R. McKee, Z. Yan, C. Holland, R.J. Buttery, T.E. Evans, R.A. Moyer, S. Mordijck, R. Nazikian, T.L. Rhodes, O. Schmitz2013年被引用 73Nuclear FusionIF 3出版社

Long-wavelength turbulence increases dramatically in the outer regions of DIII-D plasmas with the application of resonant magnetic field perturbations (RMPs) that suppress edge-localized modes (ELMs). Correspondingly, transport increases and global energy confinement decreases in these low-collisionality RMP-ELM suppressed discharges. The core and pedestal density are sharply reduced, while ion and electron temperatures may change only slightly. Low wavenumber density turbulence (k⊥ρi < 1) in the range of 60–300 kHz, measured with beam emission spectroscopy, is modified and generally increases throughout the outer region (0.6 < ρ < 1.0) of the plasma in response to RMPs over a range of q95 values; ELM suppression, in contrast, occurs for a narrower range in q95. Radial magnetic field modulation experiments indicate that these turbulence modifications occur on a time scale of a few milliseconds or less near ρ = 0.85–0.95, significantly faster than transport time-scales and faster than the local pressure gradients and shearing rates evolve at these locations. As the internal coil current is modulated in a square-wave fashion from 3.2 to 4.2 kA, the turbulence magnitude varies in phase by 30% or more, while local density changes by only a few per cent. This dynamical behaviour suggests that the turbulence is directly affected by the RMP, which may partially or largely explain the resulting increased transport and stabilization of the pedestal against peeling–ballooning instabilities that are thought to drive ELMs.

日本語訳

DIII-Dプラズマの外側領域における長波長乱流は、エッジ局在モード(ELM)を抑制する共鳴磁場摂動(RMP)の印加により、大幅に増大する。それに対応して、これらの低衝突度RMP-ELM抑制放電では、輸送が増加し、全体のエネルギー閉じ込めが低下する。コアおよびペデスタルの密度は急激に減少する一方、イオン温度と電子温度はわずかに変化するのみである。ビーム放射分光法で測定された低波数密度乱流(k⊥ρi < 1、周波数60〜300 kHz)は、RMPに応答してプラズマの外側領域(0.6 < ρ < 1.0)全体で一般的に増加するが、ELM抑制はq95のより狭い範囲でのみ発生する。径方向磁場変調実験は、これらの乱流変化がρ ≈ 0.85〜0.95付近で数ミリ秒以下の時間スケールで生じることを示しており、これは輸送時間スケールよりも有意に速く、またこれらの位置における局所圧力勾配およびシア流の変化速度よりも速い。内部コイル電流を3.2 kAから4.2 kAの間で矩形波状に変調すると、乱流強度は30%以上同位相で変化する一方、局所密度の変化はわずか数%である。この動的挙動は、乱流がRMPによって直接影響を受けていることを示唆しており、これが結果として生じる輸送増加および、ELMを駆動すると考えられているペデスタルのピーリング–バルーニング不安定性に対する安定化を、部分的または大部分説明する可能性がある。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DEdge localized modeMagnetic perturbationResonant magnetic perturbation
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