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Optimization of CFETR baseline performance by controlling rotation shear and pedestal collisionality through integrated modeling

Xiang Jian, Jiale Chen, Vincent S. Chan, Ge Zhuang, Guoqiang Li, Zhao Deng, Nan Shi, Guoliang Xu, Gary M. Staebler, Wenfeng Guo2017年被引用 29Nuclear FusionIF 3出版社

The optimization of a CFETR baseline scenario (Chan et al 2015 Nucl. Fusion55023017) with an electron cyclotron (EC) wave and neutral beam (NB) is performed using a multi-dimensional code suite. TGLF and NEO are used to calculate turbulent and neoclassical transport. The evaluation of sources and sinks, as well as the current evolution, are performed using ONETWO, and the equilibrium is updated using EFIT. The pedestal is consistent with the EPED model.Rotation shear is controlled using NB. It has been found that both fusion gain Q and NB power deposited in the edge increase with decreasing NB energy, with NB providing current drive, torque, energy and particle source simultaneously. By using an optimized combination of two NBs, Q can be kept at a high level while the NB edge power is reduced. Pedestal collisionality is controlled to find an optimization path for Q by trading off between the pedestal density and temperature with the pedestal pressure fixed. It has been found that Q increases with pedestal collisionality, while the density peaking factor (DPF) remains almost unchanged. The invariance of DPF can be explained by the change of the dominant type of turbulence from the core to the edge (i.e. trapped electron mode in the core and ion temperature gradient mode at the edge), and collisionality has the opposite effect on particle transport for these two modes. A weaker dependence of DPF on collisionality makes a higher density operation more favorable for fusion gain.

日本語訳

CFETRベースラインシナリオの最適化(Chan et al 2015 Nucl. Fusion55023)は、電子サイクロトロン(EC)波と中性粒子ビーム(NB)を用いて、多次元コードスイートを使用して実施される。TGLFとNEOは、乱流輸送と新古典輸送を計算するために使用される。ソースとシンクの評価、および電流発展はONETWOを用いて行われ、平衡はEFITを用いて更新される。ペデスタルはEPEDモデルと整合する。回転シアはNBを用いて制御される。核融合利得Qとエッジに堆積するNBパワーの両方が、NBエネルギーの減少とともに増加することが見出された。これは、NBが電流駆動、トルク、エネルギー、粒子源を同時に提供するためである。2つのNBの最適化された組み合わせを用いることで、エッジNBパワーを低減しつつ、Qを高いレベルに維持できる。ペデスタル衝突度は、ペデスタル圧力を固定したまま、ペデスタル密度と温度の間のトレードオフによってQの最適化経路を見つけるために制御される。Qはペデスタル衝突度とともに増加することが見出されたが、密度ピーキング因子(DPF)はほぼ不変のままである。DPFの不変性は、コアからエッジへの支配的な乱流タイプの変化(すなわち、コアでは捕捉電子モード、エッジではイオン温度勾配モード)によって説明でき、衝突度はこれら2つのモードの粒子輸送に対して逆の効果を持つ。DPFの衝突度に対する依存性が弱いことは、より高い密度運転を核融合利得にとってより有利にする。

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PedestalCFETRCollisionality
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