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Linear gyrokinetic analysis of a DIII-D H-mode pedestal near the ideal ballooning threshold

E. Wang, X. Xu, J. Candy, R.J. Groebner, P.B. Snyder, Y. Chen, S.E. Parker, W. Wan, Gaimin Lu, J.Q. Dong2012年被引用 43Nuclear FusionIF 3出版社

Recent advances in GYRO allow simulations to map out the linear stability of many eigenvalues and eigenvectors of the gyrokinetic equation (as opposed to only the most unstable) at low computational cost. In this work, GYRO's new linear capabilities are applied to a pressure scan about the pedestal region of DIII-D shot 131997. MHD calculations in the infinite-n limit of the ideal ballooning mode, used in the very successful EPED model to predict pedestal height and width, demonstrate clear onset of the instability at 70% of the experimental pressure. Presented GYRO results first demonstrate that the ion temperature gradient driven mode and microtearing mode are dominant at the top of the pedestal, while an unnamed group of drift waves are found to be most unstable in the peak gradient region of the pedestal. The peak gradient modes have very extended ballooning structure, peak near the inboard midplane and have drift frequencies at or near the electron diamagnetic drift direction, even for very low wavenumbers (kθρs ∼ 0.2). Connection is made to the MHD calculations by demonstrating the kinetic ballooning mode (KBM) is present but subdominant in the DIII-D pedestal, and the pressure required for onset of the KBM in the gyrokinetic limit is in near agreement with MHD predictions. Finally, comparisons and analysis of GYRO with two independent gyrokinetic codes, GEM (initial value) and HD7 (1D eigenvalue), are presented.

日本語訳

近年のGYROの進歩により、ジャイロ運動論方程式の多くの固有値と固有ベクトルの線形安定性を(最も不安定なもののみではなく)低計算コストでマッピングすることが可能となった。本研究では、GYROの新しい線形計算機能を、DIII-Dショット131997のペデスタル領域に関する圧力スキャンに適用する。理想バルーニングモードの無限n極限におけるMHD計算は、ペデスタルの高さと幅を予測するためにEPEDモデルで使用されているが、実験圧力の70%で不安定性の明確な発現を示す。GYROの結果は、ペデスタル上部ではイオン温度勾配駆動モードとマイクロティアリングモードが支配的であることを初めて示し、一方、ペデスタルの最大勾配領域では名前の付けられていないドリフト波群が最も不安定であることが見出された。最大勾配モードは非常に広がったバルーニング構造を持ち、入射面付近でピークに達し、非常に低い波数(kθρs ∼ 0.2)でも電子反磁性方向またはその近くにドリフト周波数を有する。運動論的バルーニングモード(KBM)がDIII-Dペデスタルに存在するが従属的であることを実証し、ジャイロ運動論極限におけるKBM発現に必要な圧力がMHD予測とほぼ一致することを示すことで、MHD計算との関連が確立される。最後に、GYROと2つの独立したジャイロ運動論コード(GEM(初期値)およびHD7(1次元固有値))との比較と解析が提示される。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DH-modeGyrokineticPedestalBallooning modeH-mode pedestal
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