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Momentum transport in electron-dominated NSTX spherical torus plasmas

S.M. Kaye, W. Solomon, R.E. Bell, B.P. LeBlanc, F. Levinton, J. Menard, G. Rewoldt, S. Sabbagh, W. Wang, H. Yuh2009年被引用 49Nuclear FusionIF 3出版社

The National Spherical Torus Experiment (NSTX) operates between 0.35 and 0.55 T, which, when coupled to up to 7 MW of neutral beam injection, leads to central rotation velocities in excess of 300 km s−1 and E × B shearing rates up to 1 MHz. This level of E × B shear can be up to a factor of five greater than typical linear growth rates of long-wavelength ion (e.g. ITG) modes, at least partially suppressing these instabilities. Evidence for this turbulence suppression is that the inferred diffusive ion thermal flux in NSTX H-modes is often at the neoclassical level, and thus these plasmas operate in an electron-dominated transport regime. Analysis of experiments using n = 3 magnetic fields to change plasma rotation indicate that local rotation shear influences local transport coefficients, most notably the ion thermal diffusivity, in a manner consistent with suppression of the low-k turbulence by this rotation shear. The value of the effective momentum diffusivity, as inferred from steady-state momentum balance, is found to be larger than the neoclassical value. Results of perturbative experiments indicate inward pinch velocities of up to 40 m s−1 and perturbative momentum diffusivities of up to 4 m2 s−1, which are larger by a factor of several than those values inferred from steady-state analysis. The inferred pinch velocity values are consistent with values based on theories in which low-k turbulence drives the inward momentum pinch. Thus, in NSTX while the neoclassical ion energy transport effects can be relatively high and dominate the ion energy transport, the neoclassical momentum transport effects are near zero, meaning that transport of momentum is dominated by any low-k turbulence that exists.

日本語訳

National Spherical Torus Experiment(NSTX)は0.35~0.55 Tで運転され、最大7 MWの中性粒子ビーム入射と組み合わせることで、中心回転速度が300 km s⁻¹を超え、E × Bシア速度が最大1 MHzに達する。このレベルのE × Bシアは、長波長イオン(例えばITG)モードの線形成長率の最大5倍に達し、これらの不安定性を少なくとも部分的に抑制する。この乱流抑制の証拠として、NSTXのHモードにおける推定拡散イオン熱流束はしばしば新古典レベルにあり、したがってこれらのプラズマは電子支配の輸送領域で動作する。n = 3の磁場を用いてプラズマ回転を変化させた実験の解析は、局所回転シアが局所輸送係数、特にイオン熱拡散率に影響を与えることを示しており、これはこの回転シアによる低k乱流の抑制と整合的である。定常状態の運動量バランスから推定される有効運動量拡散率は、新古典値よりも大きいことが見出された。摂動実験の結果は、最大40 m s⁻¹の内方ピンチ速度と最大4 m² s⁻¹の摂動運動量拡散率を示し、これらは定常状態解析から推定された値よりも数倍大きい。推定されたピンチ速度の値は、低k乱流が内方運動量ピンチを駆動するという理論に基づく値と整合的である。したがって、NSTXでは新古典イオンエネルギー輸送効果は比較的高くイオンエネルギー輸送を支配し得る一方、新古典運動量輸送効果はほぼゼロであり、運動量輸送は存在するあらゆる低k乱流によって支配されることを意味する。

装置

nstx-u高精度(タイトル一致)

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NSTXSpherical torusMomentum transport
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