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Prospects for stabilization of neoclassical tearing modes by electron cyclotron current drive in ITER

R.J. La Haye, A. Isayama, M. Maraschek2009年被引用 48Nuclear FusionIF 3出版社

The system planned for electron cyclotron current drive (ECCD) in ITER can mitigate the deleterious effects of neoclassical tearing modes (NTMs) provided that either adequate alignment of the ECCD to the rational surface is maintained or too large a misalignment is corrected on a time scale shorter than the deleterious plasma response to 'large' islands. Resistive neoclassical tearing modes will be the principal limit on stability and performance in the ITER standard scenario as the drag from rotating island induced eddy current in the resistive wall (particularly from the m/n = 2/1 mode) can slow the plasma rotation, produce locking to the wall and cause loss of high-confinement H-mode and disruption. Continuous wave (cw) ECCD at the island rational surface is successful in stabilization and/or prevention of NTMs in ASDEX Upgrade, DIII-D and JT-60U. Modulating the ECCD so that it is absorbed only on the rotating island O-point is proving successful in recovering effectiveness in ASDEX Upgrade when the ECCD is configured for wider deposition as expected in ITER. The models for the effect of misalignment on ECCD effectiveness are applied to ITER. Tolerances for misalignment are presented to establish criteria for both the alignment (by moving mirrors in ITER) in the presence of an island, and for the accuracy of real-time ITER MHD equilibrium reconstruction in the absence of an island, i.e. alignment to the mode or to the rational surface in the absence of the mode. The narrower ECCD with front steering makes precise alignment more necessary for the most effective stabilization even though the ECCD is still relatively broad, with current density deposition (full width half maximum) almost twice the marginal island width. This places strict requirements on ECCD alignment with the expected ECCD effectiveness dropping to zero for misalignments as small as 1.7 cm. The system response time for growing islands and slowing rotation without and with ECCD (at different misalignments) are provided for the plasma system controller to be developed. An alignment resolution error of no more than 1 cm and a realignment rate of at least 1 cm s−1 are required for a moderate cw ECCD power so as to avoid locking. Finally, a case study in ITER of prompt dynamic alignment and suppression is presented.

日本語訳

ITERで計画されている電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)システムは、新古典テアリングモード(NTM)の有害な影響を軽減できるが、そのためにはECCDの有理面への整合が適切に維持されるか、あるいは過大な不整合が、プラズマの「大規模」磁気島に対する有害な応答よりも短い時間スケールで補正される必要がある。新古典テアリングモードは、ITER標準シナリオにおける安定性と性能の主要な制限要因となる。なぜなら、回転する磁気島によって抵抗壁に誘起される渦電流(特にm/n = 2/1モードによるもの)がプラズマ回転を減速させ、壁へのロックを引き起こし、高閉じ込めHモードの喪失とディスラプションをもたらす可能性があるからである。連続波(cw)ECCDを磁気島の有理面に適用することは、ASDEX Upgrade、DIII-D、JT-60UにおいてNTMの抑制および/または防止に成功している。ECCDを変調して回転する磁気島のO点でのみ吸収されるようにすることは、ASDEX Upgradeにおいて、ITERで想定されるより広い堆積幅にECCDが設定された場合に、その有効性を回復させることに成功しつつある。不整合がECCDの有効性に及ぼす影響のモデルがITERに適用されている。不整合の許容値が提示され、磁気島が存在する場合の整合(ITERにおけるミラー移動による)と、磁気島が存在しない場合の整合(モードが存在しない場合の有理面への整合、すなわちリアルタイムITER MHD平衡再構成の精度)の両方に対する基準を確立している。より狭いECCDを前面ミラーでステアリングすることにより、ECCDは依然として比較的広いものの(電流密度堆積の半値全幅は磁気島幅のほぼ2倍)、最も効果的な安定化のためには精密な整合がより一層必要となる。これはECCDの整合に対する厳しい要求を課すものであり、ECCDの有効性はわずか1.7 cmの不整合でゼロにまで低下する。成長中の磁気島と減速中のプラズマ回転に対するシステム応答時間が、ECCDなしおよび異なる不整合量でのECCDありの場合について提示され、プラズマシステム制御器の開発に供される。ロックを回避するためには、適度なcw ECCDパワーに対して、整合分解能誤差が1 cm以下、再整合速度が少なくとも1 cm s⁻¹であることが要求される。最後に、ITERにおける即時動的整合と抑制のケーススタディが提示される。

装置

iter高精度(タイトル一致)asdex-upgrade低精度(概要文一致)diii-d低精度(概要文一致)

wiki

ITERCurrent driveTearing modeNeoclassical tearing modeElectron cyclotron current drive
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