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Experimental research on the TCV tokamak

B.P. Duval, A. Abdolmaleki, M. Agostini, C.J. Ajay, S. Alberti, E. Alessi, G. Anastasiou, Y. Andrèbe, G.M. Apruzzese, F. Auriemma2024年11月Nuclear FusionIF 3出版社

Tokamak à configuration variable (TCV), recently celebrating 30 years of near-continual operation, continues in its missions to advance outstanding key physics and operational scenario issues for ITER and the design of future power plants such as DEMO. The main machine heating systems and operational changes are first described. Then follow five sections: plasma scenarios. ITER Base-Line (IBL) discharges, triangularity studies together with X3 heating and N2 seeding. Edge localised mode suppression, with a high radiation region near the X-point is reported with N2 injection with and without divertor baffles in a snowflake configuration. Negative triangularity (NT) discharges attained record, albeit transient, βN ∼ 3 with lower turbulence, higher low-Z impurity transport, vertical stability and density limits and core transport better than the IBL. Positive triangularity L-Mode linear and saturated ohmic confinement confinement saturation, often-correlated with intrinsic toroidal rotation reversals, was probed for D, H and He working gases. H-mode confinement and pedestal studies were extended to low collisionality with electron cyclotron heating obtaining steady state electron iternal transport barrier with neutral beam heating (NBH), and NBH driven H-mode configurations with off-axis co-electron cyclotron current drive. Fast particle physics. The physics of disruptions, runaway electrons and fast ions (FIs) was developed using near-full current conversion at disruption with recombination thresholds characterised for impurity species (Ne, Ar, Kr). Different flushing gases (D2, H2) and pathways to trigger a benign disruption were explored. The 55 kV NBH II generated a rich Alfvénic spectrum modulating the FI fas ion loss detector signal. NT configurations showed less toroidal Alfvén excitation activity preferentially affecting higher FI pitch angles. Scrape-off layer and edge physics. gas puff imaging systems characterised turbulent plasma ejection for several advanced divertor configurations, including NT. Combined diagnostic array divertor state analysis in detachment conditions was compared to modelling revealing an importance for molecular processes. Divertor physics. Internal gas baffles diversified to include shorter/longer structures on the high and/or low field side to probe compressive efficiency. Divertor studies concentrated upon mitigating target power, facilitating detachment and increasing the radiated power fraction employing alternative divertor geometries, optimised X-point radiator regimes and long-legged configurations. Smaller-than-expected improvements with total flux expansion were better modelled when including parallel flows. Peak outer target heat flux reduction was achieved (>50%) for high flux-expansion geometries, maintaining core performance (H98 > 1). A reduction in target heat loads and facilitated detachment access at lower core densities is reported. Real-time control. TCV's real-time control upgrades employed MIMO gas injector control of stable, robust, partial detachment and plasma β feedback control avoiding neoclassical tearing modes with plasma confinement changes. Machine-learning enhancements include trajectory tracking disruption proximity and avoidance as well as a first-of-its-kind reinforcement learning-based controller for the plasma equilibrium trained entirely on a free-boundary simulator. Finally, a short description of TCV's immediate future plans will be given.

日本語訳

可変配位トカマク(TCV)は、最近30年にわたるほぼ連続運転を祝し、ITERおよびDEMOなどの将来の動力炉設計に向けた卓越した主要物理・運転シナリオ課題を推進するという使命を継続している。まず主要な装置加熱システムと運転変更について述べる。続いて5つのセクションに分かれる。プラズマシナリオ。ITERベースライン(IBL)放電、X3加熱およびN2シーディングを伴う三角形度研究。周辺局在モード(ELM)抑制。ダイバータ・スノーフレーク配位におけるN2注入の有無によるX点近傍の高放射領域が報告されている。負三角形度(NT)放電は、記録的な(ただし過渡的な)βN ∼ 3を達成し、より低い乱流、より高い低Z不純物輸送、垂直安定性、密度限界、およびIBLよりも優れたコア輸送を示した。正三角形度Lモードにおける線形および飽和オーミック閉じ込めの飽和は、しばしば固有トロイダル回転反転と相関し、D、H、He作業ガスについて調べられた。Hモード閉じ込めおよびペデスタル研究は、電子サイクロトロン加熱による低衝突度領域に拡張され、中性粒子ビーム加熱(NBH)による定常電子内部輸送障壁、およびオフアクシス同方向電子サイクロトロン電流駆動を伴うNBH駆動Hモード配位が得られた。高速粒子物理。破壊、逃走電子、高速イオン(FI)の物理は、ほぼ完全な電流変換時の破壊を用いて発展され、再結合の閾値が不純物種(Ne、Ar、Kr)について特徴付けられた。異なるフラッシングガス(D2、H2)および無害な破壊を誘発する経路が探索された。55 kV NBH IIは、FI高速イオン損失検出器信号を変調する豊富なアルフヴェン・スペクトルを生成した。NT配位は、より高いFIピッチ角に優先的に影響を与えるトロイダル・アルフヴェン励起活動が少ないことを示した。スクレイプオフ層および周辺物理。ガスパフイメージングシステムは、NTを含むいくつかの先進ダイバータ配位について乱流プラズマ放出を特徴付けた。複合診断アレイによるダイバータ状態解析は、ディタッチメント条件下でモデリングと比較され、分子過程の重要性が明らかになった。ダイバータ物理。内部ガスバッフルは、高磁場側および/または低磁場側に短尺/長尺構造を含むように多様化され、圧縮効率を調べた。ダイバータ研究は、ターゲット熱負荷の低減、ディタッチメントの促進、および代替ダイバータ配位、最適化されたX点放射器領域、長脚配位による放射パワー割合の増加に集中した。全磁束拡大による改善は予想より小さく、平行流を含めることでより良くモデリングされた。高磁束拡大配位では、コア性能(H98 > 1)を維持しつつ、ピーク外側ターゲット熱流束の50%超の低減が達成された。ターゲット熱負荷の低減とより低いコア密度でのディタッチメントアクセスの促進が報告されている。リアルタイム制御。TCVのリアルタイム制御アップグレードは、MIMOガス注入制御による安定かつ堅牢な部分ディタッチメント、およびプラズマ閉じ込め変化を伴う新古典テアリングモードを回避するプラズマβフィードバック制御を採用した。機械学習の強化には、軌道予測による破壊近接性の検出と回避、および完全に自由境界シミュレータ上で訓練された初の強化学習ベースのプラズマ平衡制御器が含まれる。最後に、TCVの直近の将来計画について簡潔に述べる。

装置

iter中精度(概要文一致)

wiki

TCV

AIによる論文要約

TCV トカマクの実験研究
JAこの論文は、トカマク装置の運転や物理研究に携わる研究者や学生に有益です。プラズマ物理、核融合炉設計、プラズマ制御などの分野で興味を持つ人にお勧めです。#トカマク #プラズマ物理 #核融合炉設計 #プラズマ制御 #TCV
LLM向け: {'Title': 'Experimental research on the TCV tokamak', 'Author(s)': 'TCV research…

この論文は、TCV (Tokamak à Configuration Variable) トカマクの30年以上にわたる運転と研究成果を紹介しています。主な内容は、プラズマ制御、ITERベースラインの実験、三角形状の影響、ELM抑制、負の三角形プラズマの特性、粒子輸送、ディスラプション、高速粒子物理、ダイバータ物理などです。これらの研究成果は、ITER や未来の発電炉設計に役立つ重要な知見を提供しています。

Experimental Research on the TCV Tokamak
ENThis paper is targeted at fusion researchers and engineers interested in the latest developments in tokamak research, particularly in the areas of plasma confinement, divertor optimization, and real-time control. It provides valuable insights for those working on the design and operation of future fusion power plants, such as ITER and DEMO.#TCV #Tokamak #FusionResearch #PlasmaScenarios #DivertorPhysics #RealTimeControl
LLM向け: {'Title': 'Experimental Research on the TCV Tokamak', 'Author(s)': 'Researchers …

This paper summarizes the experimental research on the Tokamak à Configuration Variable (TCV) device, which has been in operation for over 30 years. The research covers various aspects, including plasma scenarios, edge localized mode suppression, negative triangularity discharges, fast particle physics, and divertor physics. The paper also discusses real-time control upgrades and future plans for the TCV.

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