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Compressional Alfvén eigenmodes in rotating spherical tokamak plasmas

H M Smith, E D Fredrickson2017年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Spherical tokamaks often have a considerable toroidal plasma rotation of several tens of kHz. Compressional Alfvén eigenmodes in such devices therefore experience a frequency shift, which if the plasma were rotating as a rigid body, would be a simple Doppler shift. However, since the rotation frequency depends on minor radius, the eigenmodes are affected in a more complicated way. The eigenmode solver CAE3B (Smith et al 2009 Plasma Phys. Control. Fusion51 075001) has been extended to account for toroidal plasma rotation. The results show that the eigenfrequency shift due to rotation can be approximated by a rigid body rotation with a frequency computed from a spatial average of the real rotation profile weighted with the eigenmode amplitude. To investigate the effect of extending the computational domain to the vessel wall, a simplified eigenmode equation, yet retaining plasma rotation, is solved by a modified version of the CAE code used in Fredrickson et al (2013 Phys. Plasmas20 042112). In summary, both solving the full eigenmode equation, as in the CAE3B code, and placing the boundary at the vessel wall, as in the CAE code, significantly influences the calculated eigenfrequencies.

日本語訳

球状トカマクは、しばしば数十kHzの大きなトロイダル方向のプラズマ回転を有する。したがって、このような装置における圧縮性アルヴェン固有モードは周波数シフトを経験するが、プラズマが剛体回転している場合には、これは単純なドップラーシフトとなる。しかし、回転周波数は小半径方向に依存するため、固有モードはより複雑な影響を受ける。固有モードソルバーCAE3B(Smithら 2009 Phys. Plasmas 16 072504)は、トロイダル方向のプラズマ回転を考慮するように拡張された。結果は、回転による固有周波数のシフトが、実回転分布を固有モード振幅で重み付けした空間平均から計算される剛体回転周波数を用いて近似できることを示している。計算領域を真空容器壁まで拡張する効果を調べるために、プラズマ回転を保持しつつ簡略化した固有モード方程式を、Fredricksonら(2013 Phys. Plasmas 20 042112)で使用されたCAEコードの修正版を用いて解いた。まとめると、CAE3Bコードのように完全な固有モード方程式を解くことと、CAEコードのように境界を真空容器壁に置くことの両方が、計算される固有周波数に有意な影響を及ぼす。

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Alfvén waveAlfvén eigenmodeSpherical tokamak
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