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Active control of Alfvén eigenmodes by external magnetic perturbations with different spatial spectra

J. Gonzalez-Martin, M. Garcia-Munoz, J. Galdon-Quiroga, Y. Todo, J. Dominguez-Palacios, M. Dunne, A. Jansen Van Vuuren, Y.Q. Liu, L. Sanchis-Sanchez, D. Spong2024年7月Nuclear FusionIF 3出版社

Alfvén eigenmodes have been suppressed and excited in tokamak plasmas by (just) modifying the poloidal spectra of externally applied static magnetic perturbations. This effect is observed experimentally when toroidal spectra of n = 2, n = 4 as well as a mixed spectrum of n = 2 and n = 4 is applied. Under the n = 2 magnetic perturbations, the modes are excited or suppressed by modifying the coil phasing between the upper and the lower set of coils. Regardless of the absolute rotation, an even parity for the n = 4 perturbation is observed to reduce the amplitude of the Alfvénic instabilities, while an odd parity amplifies it. To combine the stabilizing (and destabilizing) effect of n = 2 and n = 4, a mixed spectrum is applied, finding similar reduction (and amplification) trends. However, the impact on the mode amplitude is more subtle, due to the reduced coil current required for a mixed spectrum. The signal level on the fast-ion loss detector is sensitive to the applied poloidal spectrum, which is consistent with Hamiltonian full-orbit modelling of an edge resonant transport layer activated by the 3D perturbative fields. An internal redistribution of the fast-ion population is induced, modifying the phase-space gradients driving the Alfvénic instabilities, and ultimately determining their existence. The calculated edge resonant layers for both n = 2 and n = 4 toroidal spectra are consistent with the observed suppressed and excited phases. Moreover, hybrid kinetic-magnetohydrodynamic (MHD) simulations reveal that this edge resonant transport layer overlaps in phase-space with the population responsible for the fast-ion drive. The results presented here may help to control fast-ion driven Alfvénic instabilities in future burning plasmas with a significant fusion born alpha particle population.

日本語訳

アルヴェン固有モードは、外部印加された静磁場摂動のポロイダルスペクトルを(単に)変更することにより、トカマクプラズマ中で抑制および励起された。この効果は、n = 2、n = 4のトロイダルスペクトル、ならびにn = 2とn = 4の混台スペクトルが印加されたときに実験的に観測される。n = 2磁場摂動の下では、上部と下部のコイルセット間のコイル位相を変更することにより、モードが励起または抑制される。絶対回転に関係なく、n = 4摂動の偶パリティはアルヴェン的不安定性の振幅を低減させることが観測され、一方、奇パリティはそれを増幅する。n = 2とn = 4の安定化(および不安定化)効果を組み合わせるために、混台スペクトルが印加され、同様の低減(および増幅)傾向が見られる。しかしながら、モード振幅への影響はより微妙であり、これは混台スペクトルに必要なコイル電流が低減されるためである。高速イオン損失検出器の信号レベルは印加されたポロイダルスペクトルに敏感であり、これは3D摂動場によって活性化されるエッジ共鳴輸送層のハミルトニアン完全軌道モデリングと一致する。高速イオン集団の内部再分布が誘起され、アルヴェン的不安定性を駆動する位相空間勾配を変更し、最終的にそれらの存在を決定する。n = 2およびn = 4の両方のトロイダルスペクトルについて計算されたエッジ共鳴層は、観測された抑制位相および励起位相と一致する。さらに、ハイブリッド運動論的-磁気流体力学(MHD)シミュレーションにより、このエ

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Alfvén waveMagnetic perturbationAlfvén eigenmode

AIによる論文要約

アルフベン固有モードの外部磁気擾乱による能動制御
JAこのペーパーは、プラズマ物理学、特に核融合プラズマにおけるアルフベン固有モードの制御に興味のある研究者や学生に有益です。#核融合 #アルフベン固有モード #外部磁気擾乱 #高速イオン #プラズマ制御

この論文では、トカマク プラズマにおけるアルフベン固有モードの抑制と励起が、外部から加えられる静磁気擾乱のポロイダルスペクトルを変化させることで実現できることが示されています。n=2、n=4、およびn=2とn=4の混合スペクトルを適用することで、モードの振幅を抑制または増幅できることが実験的に確認されています。この効果は、高速イオンの再分布によって引き起こされる位相空間勾配の変化に起因すると考えられます。

Active control of Alfvén eigenmodes by external magnetic perturbations with different spatial spectra
ENThis paper is of interest to fusion researchers working on plasma stability and control, particularly those studying Alfvén eigenmodes and their impact on fast-ion confinement.#FusionPlasmaControl #AlfvénEigenmodes #ExternalMagneticPerturbations

This paper shows how Alfvén eigenmodes, which can disrupt fusion plasmas, can be controlled by applying external magnetic perturbations with different spatial patterns. By adjusting the phasing and parity of these perturbations, the modes can be either suppressed or excited, allowing for active control of these instabilities.

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