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Compressional Alfvén Eigenmodes on MAST

L C Appel, T Fülöp, M J Hole, H M Smith, S D Pinches, R G L Vann, The MAST Team2008年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Magnetic fluctuations at frequencies ω ≲ ωci driven by neutral-beam injection heating and identified as compressional Alfvén eigenmodes (CAEs) have been observed on MAST. The measured toroidal mode numbers are in the range 4 < |n| < 10 and waves rotate in both co- and counter-current directions. The frequency variation is consistent with an Alfvénic scaling, and modes are elliptically polarized with a significant magnetic field component aligned parallel to the equilibrium field. Frequency clustering of modes occurs on three frequency scales. At the finest scale there are multiple modes each separated by a constant frequency ∼10–20 kHz; this is shown to be a result of modulation by low-frequency tearing modes. A larger scale frequency splitting exists in the range 100–150 kHz; these have consecutive toroidal mode numbers and are in agreement with numerical modelling. Finally, modes exist at frequencies close to ω = ωci and ωci/2 consistently with previous observations on START and DIII-D suggesting that the CAEs exist in two distinct ranges of k∥. Calculations of CAEs suggest that the modes are localized at r/a ∼ 0.5. The modes form within a potential well due to the variation of (nq/κρ)2, and are not directly influenced by variations in vA. This is distinct from observations based on ion cyclotron emission in conventional aspect ratio tokamaks which indicate that CAE modes occur closer to the plasma edge and that their existence relies on a competition between k⊥ and 1/vA.

日本語訳

周波数ω ≲ ωciにおける磁気揺動は、中性粒子ビーム入射加熱によって駆動され、圧縮性アルヴェーン固有モード(CAE)として同定されたものがMASTで観測された。測定されたトロイダルモード数は4 < |n| < 10の範囲にあり、波動はコ・デ方向およびカウンター・デ方向の両方に回転する。周波数変化はアルヴェーン的スケーリングと一致し、モードは平衡磁場に平行な有意な磁場成分を有する楕円偏光を示す。モードのクラスタリングは3つの周波数スケールで発生する。最も細かいスケールでは、各モードが約10–20 kHzの一定周波数間隔で分離された複数のモードが存在するが、これは低周波テアリングモードによる変調の結果であることが示される。より大きなスケールの周波数分裂は100–150 kHzの範囲に存在し、これらは連続したトロイダルモード数を有し、数値モデリングと一致する。最後に、ω = ωciおよびωci/2に近い周波数でモードが存在し、これはSTARTおよびDIII-Dでの過去の観測と一致して、CAEが2つの異なるk∥の範囲に存在することを示唆する。CAEの計算は、モードがr/a ∼ 0.5に局在することを示す。モードは(nq/κρ)²の変化によるポテンシャル井戸内で形成され、vAの変化によって直接影響を受けない。これは、従来型アスペクト比トカマクにおけるイオンサイクロトロン放射の観測に基づく知見とは異なり、そこではCAEモードがプラズマ端により近い位置で発生し、その存在はk⊥と1/vAの間の競合に依存することが示されている。

装置

mast高精度(タイトル一致)diii-d低精度(概要文一致)

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Alfvén waveAlfvén eigenmodeMAST
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