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Runaway electron beam dynamics at low plasma density in DIII-D: energy distribution, current profile, and internal instability

A. Lvovskiy, C. Paz-Soldan, N.W. Eidietis, P. Aleynikov, M.E. Austin, A. Dal Molin, Y.Q. Liu, R.A. Moyer, M. Nocente, D. Shiraki2020年被引用 14Nuclear FusionIF 3出版社

Parameters of the post-disruption runaway electron (RE) beam in the low density background plasma achieved after secondary deuterium injection are investigated in DIII-D. The spatially resolved RE energy distribution function is measured for the first time during the RE plateau stage by inverting hard x-ray bremsstrahlung spectra. It has maximum energy up to 20 MeV and a non-monotonic feature at 5–6 MeV observed only in the core of the beam supporting the possibility of kinetic instabilities. Results of Fokker-Plank modelling qualitatively support the formation of the non-monotonic distribution function. The RE current profile is reconstructed for the first time using the spatially resolved RE energy distribution. It is found to be more peaked than the pre-disruption plasma current, with higher internal inductance, suggesting preferential formation of REs in the core plasma or potentially a radially inward motion of REs. The accessed relatively low current (180 kA) RE beam is found to be MHD stable, likely due to its elevated safety factor profile. From this base stable equilibrium, an internal beam instability is accessed by ramping up the current. The instability leads to a sawtooth-like relaxation of the RE current profile, but drives no RE loss. An internal kink mode proposed as a candidate instability is supported by results of MARS-F modelling. Electron cyclotron emission (ECE) spectrum measured during the low density RE plateau is found to be bifurcated, with a break point at ≈ 100 GHz, suggesting resonant absorption of the ECE at low frequencies.

日本語訳

二次水素注入後に達成された低密度背景プラズマ中のディスラプション後逃走電子(RE)ビームのパラメータがDIII-Dで調査された。空間分解されたREエネルギー分布関数は、硬X線制動放射スペクトルの反転によりREプラトー段階中に初めて測定された。これは最大20 MeVのエネルギーと、ビームのコアのみで観測される5〜6 MeVでの非単調な特徴を有し、運動論的不安定性の可能性を支持するものである。フォッカー・プランクモデリングの結果は、非単調分布関数の形成を定性的に裏付けている。RE電流分布は、空間分解されたREエネルギー分布を用いて初めて再構築された。これはディスラプション前のプラズマ電流よりもピーク化されており、内部インダクタンスが高く、REのコアプラズマでの優先的形成またはREの径方向内向き移動を示唆している。達成された比較的低電流(180 kA)のREビームは、その高い安全係数分布によりMHD安定であることが判明した。この安定な平衡状態から、電流を上昇させることにより内部ビーム不安定性が誘起された。この不安定性はRE電流分布の鋸歯状緩和をもたらすが、RE損失は駆動しない。内部キンク不安定性が候補として提案され、MARSモデリングの結果によって支持されている。低密度REプラトー中に測定された電子サイクロトロン放射(ECE)スペクトルは、約100 GHzに破断点を持つ二又構造を示し、低周波数でのECEの共鳴吸収を示唆している。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

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DIII-DElectron beamsRunaway electronCurrent profile
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