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Modelling of sawtooth-induced fast ion transport in positive and negative triangularity in TCV

Matteo Vallar, Mario Podestà, Marcelo Baquero-Ruiz, Philip Bonofiglio, Basil Duval, Alexander N. Karpushov, Antoine Merle, Dmytry Mikitchuk, Olivier Sauter, Lorenzo Stipani2022年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Internal kinks are a common magneto hydro-dynamic (MHD) instability observed in tokamak operation when the q profile in the plasma core is close to unity. This MHD instability impacts both the transport of the bulk plasma (current, particle and energy transport) and minority species, such as fast ions. In tokamak à configuration variable (TCV) (R0/a = 0.88 m/0.25 m) the fast ion population is generated in the plasma by neutral beam tangential injection of energies up to 28 keV. TCV features 16 active shaping coils permitting a great flexibility in plasma shape, including negative triangularity (δ) configurations that show surprisingly high confinement. This study focuses on the transport of fast ions induced by sawteeth, by comparing two triangularity cases and simulation results with experimental data. Comparison of two equilibria with opposite δ shows that the fast ion drifts are larger for δ < 0. Furthermore, the sawtooth-induced transport in this case is larger than δ > 0 in similar conditions. Comparison with experimental data confirms the dominance of the modification of thermal kinetic profiles following the sawtooth crash in explaining drops in the neutron rates and fast ion D-α signals. Additional fast ion diffusion, however, improves the interpretation of the experimental data. For δ < 0, the amplitude of the perturbation better representing the experimental data is larger. Finally, an exploratory study for 50 keV particles (soon available in TCV) shows that the situation does not worsen for such particles.

日本語訳

内部キンクは、トカマク運転においてプラズマコアのqプロファイルが1に近いときに観測される一般的な磁気流体力学(MHD)不安定性である。このMHD不安定性は、バルクプラズマの輸送(電流、粒子、エネルギー輸送)と、高速イオンなどの少数種の両方に影響を及ぼす。トカマク・ア・コンフィギュラシオン・バリアブル(TCV)(R0/a = 0.88 m/0.25 m)では、高速イオン集団は最大28 keVの接線方向中性粒子ビーム入射によってプラズマ中に生成される。TCVは16個の成形コイルを備えており、負の三角形度(δ)配位を含む高い柔軟性を有するプラズマ形状を実現できる。負の三角形度配位は、驚くべきことに高い閉じ込め性能を示す。本研究は、サグトゥースによって誘起される高速イオン輸送に焦点を当て、2つの三角形度の場合と、シミュレーション結果と実験データの比較を通じて検討する。符号が反対の2つのδ平衡の比較から、δ < 0の場合に高速イオンのドリフトがより大きくなることが示される。さらに、この場合、サグトゥース誘起輸送は、同様の条件下でのδ > 0の場合よりも大きい。実験データとの比較により、サグトゥースクラッシュ後の熱的運動論的プロファイルの変化が、中性子率および高速イオンD-αシグナルの低下を説明する上で支配的であることが確認される。しかし、追加の高速イオン拡散を考慮することで、実験データの再現性はさらに向上する。δ < 0の場合、実験データを最もよく再現する摂動の振幅はより大きくなる。最後に、50 keV粒子に関する予備的検討(TCVで近く実現可能)により、そのような粒子に対して状況が悪化しないことが示される。

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