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Density limit in peeling-limited pedestals at and above the Greenwald value in DIII-D high poloidal beta plasmas

H.Q. Wang, A.M. Garofalo, S. Ding, Z. Li, C. Zhao, T. Osborne, A. Turnbull, N. Richner, T. Cote, Q. Hu2026年7月Nuclear FusionIF 3出版社

High-pressure, peeling-limited pedestals with pedestal normalized beta βN,ped > 2 and pedestal top density nped at or above the Greenwald density nG have been achieved in DIII-D high poloidal beta plasmas, together with high global normalized beta βN > 3 and energy confinement H98 ∼ 1.2–1.7. A higher βN allows higher pedestal density above the Greenwald value and higher pedestal pressure, even with low injected torque. MHD modeling confirms that the experimental profiles lie near the peeling-mode instability boundary with high normalized pressure gradient α and high edge current density. Experimental analysis and stability calculations indicate that the high poloidal beta with strong Shafranov shift, high α, high edge q, and weak/negative magnetic shear improves the pedestal stability by decoupling the peeling and ballooning modes and stabilizing the ballooning modes, thus facilitating access to the second stability region of peeling–ballooning mode. Access to this second stability regime opens Super-H-like channels without requiring extremely strong shaping or strong torque injection. The high-pressure peeling pedestal allows the pedestal density to go beyond the Greenwald limit with strong E ×B shear maintained: the pedestal pressure increases with pedestal density even when nped > nG, until the ideal MHD instability boundary is reached, where giant ELMs occur. The giant ELMs are dominated by a strong n = 1 component and cause a large reduction of the edge pressure, but a negligible change of the core pressure, consistent with kink/peeling-mode induced instability. The pedestal recovers from the collapse and typically sustains a high baseline density, around the Greenwald limit, during the whole discharge duration. Experiments also found that internal transport barriers and peeling-limited pedestal with nped ∼ 0.9nG can be simultaneously achieved in high βN plasmas, revealing a feedback interaction between ITB strength and pedestal performance.

日本語訳

高圧力・ピーリング制限ペデスタル(ペデスタル規格化ベータβN,ped > 2、ペデスタル頂部密度npedがグリーンワルド密度nG以上)が、DIII-Dの高ポロイダルベータプラズマにおいて、高い全体規格化ベータβN > 3およびエネルギー閉じ込めH98 ∼ 1.2–1.7とともに達成された。より高いβNは、低い入射トルクであっても、グリーンワルド値以上のより高いペデスタル密度とより高いペデスタル圧力を可能にする。MHDモデリングは、実験プロファイルが、高い規格化圧力勾配αと高い周辺電流密度を有するピーリングモード不安定性境界の近くにあることを確認している。実験解析と安定性計算は、強いシャフラノフシフト、高いα、高い周辺q、および弱い/負の磁気シアを伴う高ポロイダルベータが、ピーリングモードとバルーニングモードを分離し、バルーニングモードを安定化することによってペデスタル安定性を向上させ、それによってピーリング–バルーニングモードの第二安定領域へのアクセスを容易にすることを示している。この第二安定領域へのアクセスは、極端に強い形状や強いトルク入射を必要とせずに、Super-H様のチャネルを開く。高圧力ピーリングペデスタルは、強いE ×Bシアが維持された状態で、ペデスタル密度をグリーンワルド限界を超えて増加させることを可能にする:nped > nGであっても、理想MHD不安定性境界に達するまで、ペデスタル圧力はペデスタル密度とともに増加し、そこで巨大ELMが発生する。巨大ELMは強いn = 1成分によって支配され、周辺圧力の大きな低下を引き起こすが、コア圧力の変化は無視できる程度であり、キンク/ピーリングモード誘起不安定性と一致する。ペデスタルは崩壊から回復し、通常、全放電期間中、グリーンワルド限界付近の高いベースライン密度を維持する。実験はまた、高βNプラズマにおいて、内部輸送障壁とnped ∼ 0.9nGのピーリング制限ペデスタルが同時に達成できることを見出し、ITB強度とペデスタル性能の間のフィードバック相互作用を明らかにした。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DDensity limit

AIによる論文要約

DIII-D高ポロイダルベータプラズマにおけるピーリング制限ペデスタルの密度限界:グリーンワルド値以上
JAペデスタル物理やトカマク運転限界に興味を持つ核融合研究者、特にMHD安定性や密度限界の理解を深めたい大学院生や若手研究者#核融合 #ペデスタル #DIII-D #密度限界 #MHD
LLM向け: {"Title": "DIII-D高ポロイダルベータプラズマにおけるピーリング制限ペデスタルの密度限界", "Authors": "DIII-Dチーム(具体名な…

DIII-Dの高ポロイダルベータプラズマにおいて、ペデスタル規格化ベータが2を超え、ペデスタル上部密度がグリーンワルド密度以上となる高圧ペデスタルを実現しました。高いベータ値により、低いトルク注入でも高密度・高圧力のペデスタルが可能です。MHDモデリングにより、実験プロファイルはピーリングモード不安定性境界付近にあることが確認されました。強いショフラノフシフト、高いα、高いエッジq、弱い/負の磁気シアがペデスタル安定性を向上させ、ピーリング・バルーニングモードの第2安定領域へのアクセスを可能にします。これにより、超Hモード様の状態を強い成形やトルク注入なしで実現できます。ペデスタル密度がグリーンワルド値を超えても圧力は増加し、理想MHD不安定性境界で巨大ELMが発生します。ELM後も高密度状態を維持します。また、内部輸送障壁との相互作用も観測されました。

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