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Bifurcation of quiescent H-mode to a wide pedestal regime in DIII-D and advances in the understanding of edge harmonic oscillations

Xi Chen, K.H. Burrell, T.H. Osborne, K. Barada, N.M. Ferraro, A.M. Garofalo, R.J. Groebner, G.R. McKee, C.C. Petty, M. Porkolab2017年被引用 31Nuclear FusionIF 3出版社

New experimental studies and modelling of the coherent edge harmonic oscillation (EHO), which regulates the conventional Quiescent H-mode (QH-mode) edge, validate the proposed hypothesis of edge rotational shear in destabilizing the low-n kink-peeling mode as the additional drive mechanism for the EHO. The observed minimum edge E  ×  B shear required for the EHO decreases linearly with pedestal collisionality , which is favorable for operating QH-mode in machines with low collisionality and low rotation such as ITER. In addition, the QH-mode regime in DIII-D has recently been found to bifurcate into a new 'wide-pedestal' state at low torque in double-null shaped plasmas, characterized by increased pedestal height, width and thermal energy confinement (Burrell 2016 Phys. Plasmas23 056103, Chen 2017 Nucl. Fusion57 022007). This potentially provides an alternate path for achieving high performance ELM-stable operation at low torque, in addition to the low-torque QH-mode sustained with applied 3D fields. Multi-branch low-k and intermediate-k turbulences are observed in the 'wide-pedestal'. New experiments support the hypothesis that the decreased edge E  ×  B shear enables destabilization of broadband turbulence, which relaxes edge pressure gradients, improves peeling-ballooning stability and allows a wider and thus higher pedestal. The ability to accurately predict the critical E  ×  B shear for EHO and maintain high performance QH-mode at low torque is an essential requirement for projecting QH-mode operation to ITER and future machines.

日本語訳

新たな実験研究と、従来の静止Hモード(QHモード)端部を制御するコヒーレント端部高調波振動(EHO)のモデリングにより、低nキンク・ピーリングモードを不安定化させる端部回転シアがEHOの追加駆動機構であるという提案仮説が検証された。EHOに必要な観測された最小端部E×Bシアは、ペデスタル衝突度とともに線形に減少し、これはITERのような低衝突度・低回転の装置におけるQHモード運転に有利である。さらに、DIII-DにおけるQHモード領域は、ダブルヌル形状プラズマにおける低トルク時に、ペデスタル高さ、幅、熱エネルギー閉じ込めの増大を特徴とする新たな「広ペデスタル」状態へ分岐することが最近見出された(Burrell 2016 Phys. Plasmas23 056103, Chen 2017 Nucl. Fusion57 022007)。これは、印加3次元場で維持される低トルクQHモードに加えて、低トルクで高性能なELM安定運転を達成するための代替経路を提供する可能性がある。多分岐の低kおよび中間k乱流が「広ペデスタル」において観測される。新たな実験は、端部E×Bシアの減少が広帯域乱流の不安定化を可能にし、これが端部圧力勾配を緩和し、ピーリング・バルーニング安定性を改善し、より広くしたがってより高いペデスタルを許容するという仮説を支持する。EHOの臨界E×Bシアを正確に予測し、低トルクで高性能なQHモードを維持する能力は、ITERおよび将来の装置へのQHモード運転を計画するための必須要件である。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

wiki

DIII-DH-modePedestal
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