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Stability and control of resistive wall modes in high beta, low rotation DIII-D plasmas

A.M. Garofalo, G.L. Jackson, R.J. La Haye, M. Okabayashi, H. Reimerdes, E.J. Strait, J.R. Ferron, R.J. Groebner, Y. In, M.J. Lanctot2007年被引用 70Nuclear FusionIF 3出版社

Recent high-β DIII-D (Luxon J.L. 2002 Nucl. Fusion42 64) experiments with the new capability of balanced neutral beam injection show that the resistive wall mode (RWM) remains stable when the plasma rotation is lowered to a fraction of a per cent of the Alfvén frequency by reducing the injection of angular momentum in discharges with minimized magnetic field errors. Previous DIII-D experiments yielded a high plasma rotation threshold (of order a few per cent of the Alfvén frequency) for RWM stabilization when resonant magnetic braking was applied to lower the plasma rotation. We propose that the previously observed rotation threshold can be explained as the entrance into a forbidden band of rotation that results from torque balance including the resonant field amplification by the stable RWM. Resonant braking can also occur naturally in a plasma subject to magnetic instabilities with a zero frequency component, such as edge localized modes. In DIII-D, robust RWM stabilization can be achieved using simultaneous feedback control of the two sets of non-axisymmetric coils. Slow feedback control of the external coils is used for dynamic error field correction; fast feedback control of the internal non-axisymmetric coils provides RWM stabilization during transient periods of low rotation. This method of active control of the n = 1 RWM has opened access to new regimes of high performance in DIII-D. Very high plasma pressure combined with elevated qmin for high bootstrap current fraction, and internal transport barriers for high energy confinement, are sustained for almost 2 s, or 10 energy confinement times, suggesting a possible path to high fusion performance, steady-state tokamak scenarios.

日本語訳

最近のDIII-D(Lux-D 2002 Nucl. Fusion42 64)における、中性粒子ビーム入射の新しい能力を備えた実験では、磁場誤差を最小化した放電において角運動量入射を低減することでプラズマ回転をアルヴェン周波数の数パーセントまで低下させた場合にも、抵抗性壁モード(RWM)が安定に維持されることが示された。従来のDIII-D実験では、共鳴磁気制動を適用してプラズマ回転を低下させた場合、RWM安定化にはアルヴェン周波数の数パーセント程度の高いプラズマ回転しきい値が必要であった。我々は、従来観測された回転しきい値は、安定なRWMによる共鳴磁場増幅を含むトルクバランスから生じる回転の禁止帯への進入として説明できることを提案する。共鳴制動は、エッジ局在モードなどのゼロ周波数成分を持つ磁気不安定性にさらされたプラズマにおいても自然に発生し得る。DIII-Dでは、2組の非軸対称コイルを用いた同時フィードバック制御により、堅牢なRWM安定化が達成されている。外部コイルの低速フィードバック制御は動的誤差磁場補正に用いられ、内部非軸対称コイルの高速フィードバック制御は、低回転の過渡期間中のRWM安定化を提供する。このn=1 RWMの能動制御手法により、DIII-Dにおける高性能プラズマの新たな領域への道が開かれた。高自発電流分率のための高いq_minと、高エネルギー閉じ込めのための内部輸送障壁を組み合わせた非常に高いプラズマ圧力が、約2秒間すなわちエネルギー閉じ込め時間の約10倍にわたって維持され、定常運転トカマクシナリオにおける高核融合性能実現への可能な道筋が示唆されている。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DResistive wall mode
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