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Manipulating density pedestal structure to improve core–edge integration towards low collisionality

H.Q. Wang, R.J. Hong, R. Groebner, X. Jian, T. Rhodes, A.W. Leonard, X. Ma, S. Mordijck, T. Wilks, Z. Yan2024年12月Nuclear FusionIF 3出版社

DIII-D experiments have achieved promising core–edge integrated plasma scenarios which combine a high-temperature low-collisionality pedestal (pedestal top temperature Te,ped > 0.8 keV and collisionality ν*ped < 1) with a partially detached divertor by leveraging the benefits of a low-density-gradient pedestal in a closed divertor. It is found that with a closed divertor and high heating power, strong gas puffing to achieve detachment moves the peak density gradient outward with respect to the maximum gradient of electron temperature and reduces the density gradient at the pedestal region, which correlates with shallow pedestal fuelling due to the closed divertor geometry. In high-current plasmas in particular, the pedestal top density is found to change little with gas puffing while the separatrix, density increases to allow access for divertor detachment. The separation between density and temperature pedestals results in a high- ηe well above the electron-temperature-gradient stability threshold. Electron turbulence is found to be enhanced in the pedestal and correlated with high ηe resulting from the pedestal shift. The pedestal is wider than the EPED scaling. A revised empirical width scaling is derived based on the combination of EPED scaling with ηe and highlights the important role of additional turbulence on the pedestal structure. The wide temperature pedestal facilitates the achievement of a high-temperature, low-collisionality pedestal and high global performance. Simultaneously, the outward shift of the density pedestal facilitates access to detached divertor conditions with low temperature and heat flux towards the target plate. This approach may be promising for closing the core–edge integration gap for future fusion reactors, which may have a weak-gradient density pedestal due to the highly opaque boundary plasmas.

日本語訳

DIII-D 実験では、閉ダイバータにおける低密度勾配ペデスタルの利点を活用することにより、高温・低衝突度ペデスタル(ペデスタル頂部温度 Te,ped > 0.8 keV、衝突度 ν*ped < 1)と部分非接触ダイバータを組み合わせた、有望なコア・エッジ統合プラズマシナリオが達成された。閉ダイバータと高い加熱パワーのもとでは、非接触を達成するための強力なガスパフが、密度勾配のピークを電子温度の最大勾配に対して外側に移動させ、ペデスタル領域の密度勾配を減少させることが見出された。これは、閉ダイバータ幾何学形状による浅いペデスタル燃料供給と関連している。特に高電流プラズマでは、ペデスタル頂部密度はガスパフによってほとんど変化しない一方で、セパラトリクス密度はダイバータ非接触へのアクセスを可能にするように増加することが見出された。密度と温度のペデスタルの分離は、電子温度勾配安定性閾値をはるかに上回る高い ηe をもたらす。電子乱流はペデスタル内で増強され、ペデスタルシフトに起因する高 ηe と相関することが見出された。ペデスタルは EPED スケーリングよりも広い。EPED スケーリングと ηe の組み合わせに基づいて、修正された経験的幅スケーリングが導出され、ペデスタル構造に対する追加の乱流の重要な役割を強調する。広い温度ペデスタルは、高温・低衝突度ペデスタルおよび高い全体性能の達成を促進する。同時に、密度ペデスタルの外側へのシフトは、ターゲット板への低熱流束と低温度を伴う非接触ダイバータ条件へのアクセスを促進する。このアプローチは、高度に不透明な境界プラズマにより弱勾配の密度ペデスタルを持つ可能性のある将来の核融合炉におけるコア・エッジ統合のギャップを埋める有望な方法である可能性がある。

装置

diii-d高精度(AI判定)

wiki

PedestalCollisionality

AIによる論文要約

密度ペデスタル構造の操作による低衝突性への統合的なコア-エッジ統合の改善
JA本論文は、核融合プラズマの統合的なコア-エッジ制御に関心のある研究者や学生に有益です。プラズマの密度ペデスタル構造の操作による高性能化と、ダイバータの分離制御の両立について理解を深めることができます。#PlasmaIntegration #HighPerformance #DivertorDetachment
LLM向け: {'Title': 'Manipulating density pedestal structure to improve core–edge integrat…

本研究では、DIIIーD装置を用いて、高温低衝突性ペデスタルと部分的に分離したダイバータを組み合わせた統合的なプラズマシナリオを実現しています。ガスパフによりペデスタル領域の密度勾配が低減され、電子温度勾配不安定性が増大することが分かりました。これにより、広いペデスタル幅と高性能が実現できる一方で、ダイバータの分離も可能となります。この手法は、将来の核融合炉に有望な方法と考えられます。

Manipulating Density Pedestal Structure to Improve Core-Edge Integration towards Low Collisionality
ENThis paper would be of interest to fusion researchers and engineers working on core-edge integration and divertor optimization for future fusion reactors. The insights on pedestal structure manipulation could help improve overall plasma performance and stability.#CoreEdgeIntegration #LowCollisionality #PedestalStructure #DivertorDetachment #FusionReactor
LLM向け: {'Title': 'Manipulating Density Pedestal Structure to Improve Core-Edge Integrat…

This paper describes experiments on the DIII-D tokamak that achieved high-performance, low-collisionality plasma scenarios by manipulating the density pedestal structure. The key findings are that strong gas puffing to achieve divertor detachment can shift the density pedestal outward, resulting in a wider temperature pedestal and higher core performance, while still maintaining a detached divertor.

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