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Rotation and neoclassical ripple transport in ITER

E.J. Paul, M. Landreman, F.M. Poli, D.A. Spong, H.M. Smith, W. Dorland2017年被引用 15Nuclear FusionIF 3出版社

Neoclassical transport in the presence of non-axisymmetric magnetic fields causes a toroidal torque known as neoclassical toroidal viscosity (NTV). The toroidal symmetry of ITER will be broken by the finite number of toroidal field coils and by test blanket modules (TBMs). The addition of ferritic inserts (FIs) will decrease the magnitude of the toroidal field ripple. 3D magnetic equilibria in the presence of toroidal field ripple and ferromagnetic structures are calculated for an ITER steady-state scenario using the variational moments equilibrium code (VMEC). Neoclassical transport quantities in the presence of these error fields are calculated using the stellarator Fokker-Planck iterative neoclassical conservative solver (SFINCS). These calculations fully account for Er, flux surface shaping, multiple species, magnitude of ripple, and collisionality rather than applying approximate analytic NTV formulae. As NTV is a complicated nonlinear function of Er, we study its behavior over a plausible range of Er. We estimate the toroidal flow, and hence Er, using a semi-analytic turbulent intrinsic rotation model and NUBEAM calculations of neutral beam torque. The NTV from the ripple dominates that from lower n perturbations of the TBMs. With the inclusion of FIs, the magnitude of NTV torque is reduced by about 75% near the edge. We present comparisons of several models of tangential magnetic drifts, finding appreciable differences only for superbanana-plateau transport at small Er. We find the scaling of calculated NTV torque with ripple magnitude to indicate that ripple-trapping may be a significant mechanism for NTV in ITER. The computed NTV torque without ferritic components is comparable in magnitude to the NBI and intrinsic turbulent torques and will likely damp rotation, but the NTV torque is significantly reduced by the planned ferritic inserts.

日本語訳

非軸対称磁場の存在下での新古典輸送は、新古典トロイダル粘性(NTV)として知られるトロイダル方向のトルクを引き起こす。ITERのトロイダル対称性は、有限個のトロイダル磁場コイルとテストブランケットモジュール(TBM)によって破られる。フェライト挿入体(FI)の追加により、トロイダル磁場リップルの大きさは減少する。ITERの定常運転シナリオについて、トロイダル磁場リップルと強磁性構造の存在下での3次元磁気平衡を、変分モーメント平衡コード(VMEC)を用いて計算した。これらの誤差磁場の存在下での新古典輸送量は、新古典ソルバーSFINCS(stellarator Fokker-Planck iterative neoclassical conservative solver)を用いて計算された。これらの計算は、近似的な解析的NTV式を適用するのではなく、Er、磁気面形状、多種イオン効果、リップル振幅、および衝突頻度を完全に考慮している。NTVはErの複雑な非線形関数であるため、妥当なErの範囲にわたってその挙動を調べた。トロイダル流れ、ひいてはErは、半解析的な乱流固有回転モデルと、中性粒子ビーム入射トルクのNUBEAM計算を用いて推定した。リップルによるNTVは、TBMの低次の摂動によるNTVよりも支配的であることがわかった。FIを含めることにより、NTVトルクの大きさは端部付近で約75%低減される。接線方向磁気ドリフトのいくつかのモデルを比較したところ、小さなErにおけるスーパーバナナプラトー輸送についてのみ顕著な差異が見られた。計算されたNTVトルクのリップル振幅に対するスケーリングは、リップル捕捉がITERにおけるNTVの重要なメカニズムである可能性を示している。フェライト挿入体を含まない場合の計算されたNTVトルクは、NBIおよび固有乱流トルクと同程度の大きさであり、回転を減衰させる可能性があるが、計画されたフェライト挿入体によりNTVトルクは大幅に低減される。

装置

iter高精度(タイトル一致)

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ITER
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