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DIII-D research to address key challenges for ITER and fusion energy

R.J. Buttery, the DIII-D Team2015年被引用 16Nuclear FusionIF 3出版社

DIII-D has made significant advances in the scientific basis for fusion energy. The physics mechanism of resonant magnetic perturbation (RMP) edge localized mode (ELM) suppression is revealed as field penetration at the pedestal top, and reduced coil set operation was demonstrated. Disruption runaway electrons were effectively quenched by shattered pellets; runaway dissipation is explained by pitch angle scattering. Modest thermal quench radiation asymmetries are well described NIMROD modelling. With good pedestal regulation and error field correction, low torque ITER baselines have been demonstrated and shown to be compatible with an ITER test blanket module simulator. However performance and long wavelength turbulence degrade as low rotation and electron heating are approached. The alternative QH mode scenario is shown to be compatible with high Greenwald density fraction, with an edge harmonic oscillation demonstrating good impurity flushing. Discharge optimization guided by the EPED model has discovered a new super H-mode with doubled pedestal height. Lithium injection also led to wider, higher pedestals. On the path to steady state, 1 MA has been sustained fully noninductively with βN = 4 and RMP ELM suppression, while a peaked current profile scenario provides attractive options for ITER and a βN = 5 future reactor. Energetic particle transport is found to exhibit a critical gradient behaviour. Scenarios are shown to be compatible with radiative and snowflake divertor techniques. Physics studies reveal that the transition to H mode is locked in by a rise in ion diamagnetic flows. Intrinsic rotation in the plasma edge is demonstrated to arise from kinetic losses. New 3D magnetic sensors validate linear ideal MHD, but identify issues in nonlinear simulations. Detachment, characterized in 2D with sub-eV resolution, reveals a radiation shortfall in simulations. Future facility development targets burning plasma physics with torque free electron heating, the path to steady state with increased off axis currents, and a new divertor solution for fusion reactors.

日本語訳

DIII-Dは、核融合エネルギー科学の基盤において重要な進展を遂げてきた。共鳴磁場摂動(RMP)による周辺局在モード(ELM)抑制の物理機構は、ペデスタル上部での磁場浸透として解明され、低減コイルセットでの運転が実証された。破壊的ランアウェイ電子は、破砕ペレットにより効果的に消滅し、その緩和機構はピッチ角散乱によって説明される。穏やかな熱クエンチ時の放射非対称性は、NIMRODモデリングにより良好に記述される。良好なペデスタル制御と誤差磁場補正により、低トルク条件下でのITERベースライン運転が実証され、ITERテストブランケットモジュールシミュレータとの両立性が示された。しかしながら、低回転および電子加熱に近づくにつれ、性能と長波長乱流は劣化する。代替シナリオであるQHモードは、高グリーンワルド密度比と両立可能であることが示され、周辺高調波振動(EHO)が優れた不純物排出特性を示す。EPEDモデルに基づく放電最適化により、ペデスタル高さが2倍に増大した新たなスーパーHモードが発見された。リチウム注入により、より広く高いペデスタルが実現された。定常状態への道筋として、βN=4かつRMP-ELM抑制条件下で1MAの完全非誘導電流駆動が維持され、一方でピーク電流分布シナリオは、βN=5の将来炉およびITERに対して魅力的な選択肢を提供する。高エネルギー粒子輸送は、臨界勾配挙動を示すことが明らかにされた。放射冷却およびスノーフレークダイバータ技術との両立性が実証された。物理研究により、Hモード遷移はイオン反磁性流の上昇によって固定されることが明らかにされた。プラズマ周辺部における固有回転は、運動論的損失に起因することが実証された。新型3次元磁気センサーは、線形理想MHDを検証する一方、非線形シミュレーションにおける問題点を特定した。サブeV分解能で2次元計測されたデタッチメントは、シミュレーションにおける放射不足を明らかにした。将来の施設開発は、トルクフリー電子加熱による燃焼プラズマ物理、オフ軸電流増大による定常状態への道筋、および核融合炉のための新規ダイバータソリューションを目標としている。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)iter高精度(タイトル一致)

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ITERDIII-D
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