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Alfvén eigenmode stability in a JET afterglow deuterium plasma and projections to deuterium–tritium plasmas

A A Teplukhina, M Podestà, F M Poli, M Gorelenkova, P J Bonofiglo, C S Collins, R J Dumont, N C Hawkes, D L Keeling, M Sertoli2023年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The performance of fusion devices relies strongly on the good confinement of energetic particles (EPs). Therefore, the investigation of EP transport by magnetohydrodynamic instabilities is one of the key aspects in the development of plasma scenarios. Alfvénic instabilities in particular can lead to significant losses of alpha particles that are essential for plasma self-heating. A so-called afterglow scheme has been developed to study the destabilization of Alfvén eigenmodes (AEs) by alpha particles and associated EP transport in the JET tokamak. In this work, the linear stability of AEs is discussed for the partial afterglow phase in a JET deuterium plasma discharge and for the full afterglow phase in a projected deuterium–tritium (DT) plasma. Thanks to recent upgrades in the tokamak transport code TRANSP, one can account for the contributions of different EP species to mode stability. Analysis of deuterium plasmas shows that AE growth rates are extremely sensitive to the energy and distribution of fast ions. An increase in fast ion energy can lead to more unstable AEs. In the afterglow phase of projected DT plasmas, it is EPs that mostly drive the AEs. However, the drive by alpha particles is comparable to that by beam ions and their contribution to the net growth rate might be hard to separate. According to the discussed projections, the destabilization of AEs might be ineffective because the background plasma damping significantly exceeds the EP drive. In this case, the development of an alternative plasma scenario that allows us to overcome such damping would be required in future experiments.

日本語訳

核融合装置の性能は、高エネルギー粒子(EP)の良好な閉じ込めに強く依存している。したがって、磁気流体力学的不安定性によるEP輸送の研究は、プラズマシナリオの開発における重要な側面の一つである。特にアルヴェン不安定性は、プラズマの自己加熱に不可欠なアルファ粒子の大きな損失を引き起こす可能性がある。JETトカマクにおいて、アルファ粒子によるアルヴェン固有モード(AE)の不安定化とそれに伴うEP輸送を研究するために、いわゆるアフターグローシナリオが開発された。本研究では、JET重水素プラズマ放電の部分アフターグロー相および想定される重水素–トリチウム(DT)プラズマの完全アフターグロー相におけるAEの線形安定性について議論する。トカマク輸送コードTRANSPの最近の改良により、モードの不安定化に対する異なるEP種の寄与を考慮することが可能となった。重水素プラズマの解析により、AEの成長率は高速イオンのエネルギーと分布に極めて敏感であることが示された。高速イオンのエネルギーの増加は、AEをより不安定化させる可能性がある。DTプラズマのアフターグロー相では、主にEPがAEを駆動する。しかしながら、アルファ粒子による駆動はビームイオンによる駆動と同程度であり、正味の成長率に対するそれらの寄与を分離することは困難である可能性がある。上述の予測によれば、背景プラズマの減衰がEP駆動を大幅に上回るため、AEの不安定化は効果的でない可能性がある。この場合、将来の実験において、そのような減衰を克服できる代替プラズマシナリオの開発が必要となるであろう。

装置

jet高精度(タイトル一致)

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JETTritiumAlfvén waveDeuteriumAlfvén eigenmodeDeuterium-tritiumDeuterium plasma
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