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The role of edge plasma parameters in H-mode density limit on the JET-ILW

H.J. Sun, R.J. Goldston, A. Huber, X.Q. Xu, J. Flanagan, D.C. McDonald, E. de la Luna, M. Maslov, J.R. Harrison, F. Militello2021年被引用 7Nuclear FusionIF 3出版社

A study of a dataset of JET H-mode plasma with the Be/W ITER-like wall (JET-ILW) shows that reaching the edge MHD ballooning limit leads to confinement degradation. However, unlike JET plasmas with a carbon wall (JET-C), the JET-ILW plasmas stay in a marginal dithering phase for a relatively long period, associated with a higher (≈20%) H-mode density limit (HDL) than JET-C equivalents. This suggests that ITER could be operated in H-mode with higher density than the scaling based on carbon wall devices, but likely with a dithering phase plasma with lower confinement. A new, reliable estimator for JET Er, min has been derived by combining HRTS measurements of pedestal gradient and edge-SOL decay lengths. JET radial Er ETB wells are observed in the range of −15 to −60 kV m−1 in high performance H-modes, consistent with previous CXRS results in ASDEX Upgrade. The results imply that a higher positive E × B shear in the near SOL plays a role in sustaining a marginal phase in JET-ILW which leads to a higher HDL than that in JET-C. The results of the JET-ILW dataset show agreement with the Goldston finite collisionality HD model for SOL broadening at high collisionality. A hypothesis for the dithering H-mode phase is proposed: as ne,SOL increases, ν∗,SOL increases, SOL broadens, Er shear decreases, triggers L-mode; ne drops, ν∗,SOL decreases, SOL becomes narrower, and Er shear increases, triggering H-mode, resulting in a cycle of H–L–H- oscillations. For burning plasma devices, such as ITER, operating just below the MHD limit for the dithering phase could be a promising regime for maximising core density, and fusion performance while minimising plasma-material interaction. The oscillatory signal during the dithering phase could be used as a precursor of undesirable plasma performance for control purposes.

日本語訳

JETのBe/W ITERライク壁(JET-ILW)を有するJET Hモードプラズマのデータセットの研究は、エッジMHDバルーニング限界に達することが閉じ込め劣化につながることを示している。しかしながら、炭素壁を有するJETプラズマ(JET-C)とは異なり、JET-ILWプラズマは比較的長い期間、限界的なディザリング位相に留まり、これはJET-C相当品よりも高い(≈20%)Hモード密度限界(HDL)と関連している。これは、ITERが炭素壁装置に基づくスケーリングよりも高い密度でHモード運転ができる可能性を示唆するが、おそらく閉じ込めが低いディザリング位相プラズマを伴うことになる。JETのEr,minに対する新しく信頼性の高い推定法が、ペデスタル勾配とエッジ-SOL減衰長のHRTS測定を組み合わせることにより導出された。JETの径方向Er ETB井戸は、高性能Hモードにおいて−15〜−60 kV m−1の範囲で観測され、ASDEX Upgradeにおける以前のCXRS結果と一致する。これらの結果は、近SOLにおけるより高い正のE×BシアがJET-ILWの限界位相を維持する役割を果たし、JET-Cよりも高いHDLをもたらすことを示唆する。JET-ILWデータセットの結果は、高衝突度におけるSOL拡大に関するGoldstonの有限衝突度HDモデルと一致を示す。ディザリングHモード位相に対する仮説が提案される:ne,SOLが増加すると、ν∗,SOLが増加し、SOLが広がり、Erシアが減少し、Lモードを誘発する;neが低下すると、ν∗,SOLが減少し、SOLが狭くなり、Erシアが増加し、Hモードを誘発する、その結果H–L–H振動のサイクルが生じる。ITERのような燃焼プラズマ装置にとって、MHD限界直下でディザリング位相で運転することは、プラズマ-材料相互作用を最小化しながら、コア密度と核融合性能を最大化するための有望な領域となり得る。ディザリング位相中の振動信号は、制御目的で望ましくないプラズマ性能の前駆信号として使用できる可能性がある。

装置

jet高精度(タイトル一致)asdex-upgrade中精度(概要文一致)iter中精度(概要文一致)

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JETH-modeEdge plasmaDensity limit
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