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Chapter 3: MHD stability, operational limits and disruptions

T.C. Hender, J.C Wesley, J. Bialek, A. Bondeson, A.H. Boozer, R.J. Buttery, A. Garofalo, T.P Goodman, R.S. Granetz, Y. Gribov2007年被引用 951Nuclear FusionIF 3出版社

Progress in the area of MHD stability and disruptions, since the publication of the 1999 ITER Physics Basis document (1999 Nucl. Fusion39 2137–2664), is reviewed. Recent theoretical and experimental research has made important advances in both understanding and control of MHD stability in tokamak plasmas. Sawteeth are anticipated in the ITER baseline ELMy H-mode scenario, but the tools exist to avoid or control them through localized current drive or fast ion generation. Active control of other MHD instabilities will most likely be also required in ITER. Extrapolation from existing experiments indicates that stabilization of neoclassical tearing modes by highly localized feedback-controlled current drive should be possible in ITER. Resistive wall modes are a key issue for advanced scenarios, but again, existing experiments indicate that these modes can be stabilized by a combination of plasma rotation and direct feedback control with non-axisymmetric coils. Reduction of error fields is a requirement for avoiding non-rotating magnetic island formation and for maintaining plasma rotation to help stabilize resistive wall modes. Recent experiments have shown the feasibility of reducing error fields to an acceptable level by means of non-axisymmetric coils, possibly controlled by feedback. The MHD stability limits associated with advanced scenarios are becoming well understood theoretically, and can be extended by tailoring of the pressure and current density profiles as well as by other techniques mentioned here. There have been significant advances also in the control of disruptions, most notably by injection of massive quantities of gas, leading to reduced halo current fractions and a larger fraction of the total thermal and magnetic energy dissipated by radiation. These advances in disruption control are supported by the development of means to predict impending disruption, most notably using neural networks. In addition to these advances in means to control or ameliorate the consequences of MHD instabilities, there has been significant progress in improving physics understanding and modelling. This progress has been in areas including the mechanisms governing NTM growth and seeding, in understanding the damping controlling RWM stability and in modelling RWM feedback schemes. For disruptions there has been continued progress on the instability mechanisms that underlie various classes of disruption, on the detailed modelling of halo currents and forces and in refining predictions of quench rates and disruption power loads. Overall the studies reviewed in this chapter demonstrate that MHD instabilities can be controlled, avoided or ameliorated to the extent that they should not compromise ITER operation, though they will necessarily impose a range of constraints.

日本語訳

1999年のITER物理基盤文書(1999 Nucl. Fusion 39 2137–2664)の出版以降の、MHD安定性とディスラプションの分野における進展を概説する。トカマクプラズマにおけるMHD安定性の理解と制御の両方において、最近の理論的・実験的研究は重要な進展をもたらした。鋸歯状振動はITERベースラインELM-Hモードシナリオにおいて予想されるが、局所電流駆動または高速粒子生成による回避・制御の手段が存在する。他のMHD不安定性の能動制御もITERにおいておそらく必要となるであろう。既存の実験からの外挿によれば、新古典テアリングモードの安定化は、高局所化されたフィードバック制御電流駆動によってITERにおいて可能となるはずである。抵抗性壁モードは先進シナリオにとって重要な課題であるが、既存の実験は、これらのモードがプラズマ回転と非軸対称コイルによる直接フィードバック制御の組み合わせによって安定化され得ることを示している。誤差磁場の低減は、非回転磁気島の形成を回避し、抵抗性壁モードの安定化に寄与するプラズマ回転を維持するための要件である。最近の実験は、誤差磁場を許容レベルまで低減する手法として、非軸対称コイル(場合によりフィードバック制御)の有効性を実証している。先進シナリオに関連するMHD安定性限界は理論的に解明されつつあり、圧力・電流密度分布の調整やその他の手法によって拡張可能である。ディスラプションの制御においても顕著な進展があり、特に大量ガス入射による手法が、ハロー電流割合の低減と熱・磁気エネルギーの放射による散逸割合の増大に有効であることが示されている。これらのディスラプション制御の進展は、特にニューラルネットワークを用いたディスラプション予測手法の開発によって支えられている。MHD不安定性の制御・緩和手段の進展に加えて、物理的理解とモデリングの向上においても顕著な進歩があった。この進歩は、新古典テアリングモードの成長とシーディングを支配する機構、抵抗性壁モードの安定化に寄与する減衰機構の理解、および抵抗性壁モードのフィードバック制御のモデリングなどの分野におけるものである。ディスラプションに関しては、様々な種類のディスラプションの背後にある不安定性機構、ハロー電流と力の詳細なモデリング、およびクエンチ率とディスラプション時の熱負荷の予測精度向上において継続的な進展があった。全体として、本章で概説した研究は、MHD不安定性がITERの運転を損なうべきではない程度にまで制御・回避・緩和が可能であることを示しているが、それらは必然的に様々な制約を課すことになる。

装置

iter低精度(概要文一致)

wiki

MagnetohydrodynamicsPlasma disruptionMHD stability
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