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First-principle based predictions of the effects of negative triangularity on DTT scenarios

A. Mariani, A. Balestri, P. Mantica, G. Merlo, R. Ambrosino, L. Balbinot, D. Brioschi, I. Casiraghi, A. Castaldo, L. Frassinetti2024年4月Nuclear FusionIF 3出版社

Plasmas with negative triangularity (NT) shape have been recently shown to be able to achieve H-mode levels of confinement in L-mode, avoiding detrimental edge localised modes. Therefore, this plasma geometry is now studied as a possible viable option for a future fusion reactor. Within this framework, an NT option is under investigation for the full power scenario of the Divertor Tokamak Test (DTT) facility, under construction in Italy, with top/bottom triangularity values at the separatrix. The transport properties of this scenario are studied in this work. Gyrokinetic GENE simulations and integrated modelling using ASTRA with the quasi-linear trapped gyro-Landau fluid (TGLF) model have been performed. The emerging picture from the ASTRA-TGLF runs with boundary conditions at is that, in the L-mode NT option, the larger peaking of the kinetic profiles in the edge region is not sufficient to recover the loss of the PT H-mode pedestal, and reach similar central temperature values. Two additional shapes are also considered, obtained by flipping the triangularity of the scenarios, to single out the effect of the triangularity sign. A negligible 'direct' effect of the triangularity is found for the L-mode, while a small beneficial effect is observed for the H-mode. The ASTRA-TGLF results are validated by GENE and TGLF stand-alone at two selected radii. GENE shows ITG dominant micro-instability and explains the small beneficial effect of the NT for the H-mode as due to a strong reduction of the heat fluxes, when reversing the triangularity, with a relatively high stiffness. An improvement of the predicted performances of the NT DTT scenario could come from , as indicated by some recent experiments at the tokamak à configuration variable (TCV) and ASDEX Upgrade.

日本語訳

負の三角形度(NT)形状を有するプラズマは、LモードにおいてHモードレベルの閉じ込めを達成でき、有害な周辺局在モードを回避できることが最近示されている。そのため、このプラズマ形状は将来の核融合炉の有力な候補として現在研究されている。この枠組みの中で、イタリアで建設中のDivertor Tokamak Test(DTT)施設のフルパワーシナリオに対して、セパラトリックスにおける上部/下部三角形度の値を持つNTオプションが検討されている。本研究では、このシナリオの輸送特性を調査する。ジャイロ運動論的GENEシミュレーションと、準線形トラップジャイロランダウ流体(TGLF)モデルを用いたASTRAによる統合モデリングを実施した。ASTRA-TGLF計算と境界条件から得られた知見は、LモードNTオプションにおいて、エッジ領域での運動量分布のピーキングが大きいことは、PT Hモードペデスタルを回復して同様の中心温度値に達するには不十分であることを示している。さらに、三角形度の符号を反転させた2つの追加形状も検討し、三角形度の符号の影響を単離した。Lモードでは三角形度の「直接的な」影響は無視できる程度である一方、Hモードでは小さな有益な効果が観察された。ASTRA-TGLFの結果は、選択した2つの半径におけるGENEおよびTGLF単独計算によって検証された。GENEはITG支配の微視的不安定性を示し、HモードにおけるNTの小さな有益な効果は、三角形度を反転させた際の熱流束の大幅な低減と比較的高いスティフネスに起因することを説明する。NT DTTシナリオの予測性能の向上は、トカマク・ア・コンフィギュラシオン・バリアブル(TCV)およびASDEX Upgradeでの最近のいくつかの実験が示すように、[値]からもたらされる可能性がある。

装置

asdex-upgrade低精度(概要文一致)

wiki

TriangularityDTTNegative triangularity

AIによる論文要約

負の三角形状が DTT シナリオに及ぼす影響に関する第一原理に基づく予測
JA本論文は、核融合炉設計に関心のある研究者や学生に向けて、プラズマ形状が閉じ込め特性に及ぼす影響について詳細に検討した研究です。プラズマ物理の基礎から応用まで理解を深めたい読者に有益です。#NegativeTriangularity #FusionReactor #PlasmaConfinement #IntegratedModeling

本研究では、負の三角形状を持つプラズマが L モードでも H モード並みの閉じ込めを実現できることに着目し、イタリアで建設中の Divertor Tokamak Test (DTT) 施設の全出力シナリオに対する負の三角形状オプションを検討しています。ジャイロ運動論的シミュレーションと統合モデリングの結果、負の三角形状では L モードでのプロファイル集中が不十分で、H モードのペデスタルを回復できないことが示されました。ただし、H モードでは三角形状の反転により熱流束が大幅に減少し、性能向上が期待されます。

First-principle based predictions of the effects of negative triangularity on DTT scenarios
ENThis paper should be read by fusion researchers and engineers interested in exploring innovative plasma shaping techniques to improve the performance of future fusion reactors. Students in plasma physics and fusion energy could also benefit from the insights provided in this work.#NegativeTriangularity #FusionReactor #PlasmaShaping #TransportProperties #IntegratedModeling

This paper explores the potential benefits of using a negative triangularity (NT) plasma shape in the Divertor Tokamak Test (DTT) facility. NT plasmas have shown improved confinement in L-mode, avoiding harmful edge instabilities. The study uses gyrokinetic simulations and integrated modeling to assess the transport properties of the NT scenario, finding that while the edge profile peaking is not enough to match the H-mode pedestal, a small beneficial effect is observed in H-mode. The results are validated by additional simulations, providing insights into the underlying physics.

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