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Characterization of ELM pacing via vertical jogs on DIII-D

K. Yasoda, D. Panici, A.O. Nelson, F.M. Laggner, S.K. Kim, E. Kolemen2026年10月Nuclear FusionIF 3出版社

Edge localized mode (ELM) pacing via vertical plasma oscillations or jogging has been successfully demonstrated on DIII-D. Rapid vertical movement of the plasma toward the X-point has been shown to effectively trigger ELMs. By vertically oscillating the plasma at a rate of 10 Hz, the ELM frequency increased from 5 Hz, the natural ELM frequency in similar DIII-D discharges, to 20 Hz. Downward jogs have been observed to trigger multiple ELMs in one cycle. ELMs triggered at higher than natural frequencies lead to smaller decreases in stored energy, from 8% to as little as below 1%. As a consequence, the peak heat flux to the divertor has been observed to be reduced by a factor of 2. In addition, a reduction in the carbon impurity concentration has been observed. During downward jogs in the lower single null (LSN) configuration, the X-point movement is slower and smaller than the top of the plasma. As a result, a reduction in the plasma cross-section and hence volume has been observed. To understand the mechanism of ELM triggering by jogging, a toy model of the edge toroidal current has been built and tested with DIII-D experiment data. The experimental data and model suggest that when the plasma moves down toward the X-point, a net positive toroidal current is locally induced in the edge region. ELITE stability analysis suggests that this current pushes the plasma state across the peeling side of the peeling–ballooning stability boundary into the unstable region triggering ELMs.

日本語訳

周辺局在モード(ELM)のペーシングを、垂直プラズマ振動またはジョギングによって行う手法が、DIII-Dにおいて実証に成功した。X点に向かうプラズマの急速な垂直移動が、ELMを効果的にトリガーすることが示された。プラズマを10 Hzの速度で垂直に振動させることにより、ELM周波数は、同様のDIII-D放電における自然ELM周波数である5 Hzから20 Hzへと増加した。下向きのジョグは、1サイクル中に複数のELMをトリガーすることが観察された。自然周波数よりも高い周波数でトリガーされたELMは、蓄積エネルギーの減少を8%から1%未満まで小さくする。その結果、ダイバータへのピーク熱流束が2分の1に低減されることが観察された。さらに、炭素不純物濃度の低減も観察された。下部シングルヌル(LSN)配位における下向きジョグ中、X点の移動はプラズマ上部よりも遅く、かつ小さい。その結果、プラズマ断面積、ひいては体積の減少が観察された。ジョギングによるELMトリガーのメカニズムを理解するために、エッジ領域のトロイダル電流のトイモデルが構築され、DIII-Dの実験データを用いて検証された。実験データとモデルは、プラズマがX点に向かって下方に移動するとき、正味の正のトロイダル電流がエッジ領域に局所的に誘起されることを示唆している。ELITE安定性解析は、この電流がプラズマ状態をピーリング・バルーニング安定性境界のピーリング側を横切って不安定領域へと押しやり、ELMをトリガーすることを示唆している。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DEdge localized mode

AIによる論文要約

DIII-Dにおける垂直ジョグによるELMペーシングの特性評価
JA核融合プラズマの周辺制御やダイバータ熱負荷低減に関心のある研究者・学生。ELMペーシングの実験的仕組みと簡易モデルを学びたい人向け。#核融合 #ELM #DIII-D #トカマク #プラズマ制御 #ダイバータ
LLM向け: {"Title": "垂直ジョグによるELMペーシングの特性評価", "Authors": "記載なし", "Research Objective": "垂直プ…

DIII-D装置で、プラズマを上下に速く動かす「垂直ジョグ」によってELM(周辺局在モード)を意図的に起こす手法が実証されました。10 Hzで上下振動させると、自然なELM周波数5 Hzが20 Hzまで上昇しました。特にX点方向への下向きジョグは1周期で複数回のELMを誘発できます。高頻度で起こすとELMあたりの蓄積エネルギー低下が8%から1%未満へと小さくなり、ダイバータへのピーク熱流束は約2分の1に低減、炭素不純物濃度も減少しました。仕組みを説明するため周辺トロイダル電流の簡易モデルを構築し、実験データと比較。下向き移動時に周辺部へ正のトロイダル電流が誘導され、これが剥離・バルーニング安定性境界を越えてELMを引き起こすと考えられます。

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