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Three-dimensional equilibrium reconstruction on the DIII-D device

S.A. Lazerson, the DIII-D Team2015年被引用 27Nuclear FusionIF 3出版社

The presence of toroidal variation in diagnostic measurements indicates that the two-dimensional (2D) symmetry of tokamak equilibria can be violated when resonant magnetic perturbations (RMPs) are applied to suppress edge localized modes. While tokamak control is still possible with a 2D model, questions arise regarding the applicability of 2D equilibria when performing detailed analysis. In particular, questions regarding edge physics would benefit from equilibrium calculations which are consistent with measurements indicating toroidal variations. The ability to fit three-dimensional (3D) equilibria to diagnostic measurements has long been a challenge for stellarators, non-axisymmetric devices with an inherently 3D field structure. The STELLOPT code provides a solution to such a challenge by fitting 3D VMEC equilibria to magnetic, Thomson, motional Stark effect (MSE) and charge-exchange diagnostics. The plasma of the DIII-D tokamak with applied n = 3 RMP is reconstructed with STELLOPT (shot number 142603). The reconstruction is governed by fit to magnetic diagnostics, measured vacuum coil currents, Thomson scattering, charge-exchange spectroscopy and MSE polarimetry. The reconstructed equilibria possess features where pressure gradients become vanishingly small at low-order rationals. Such features can be associated with the applied RMP spectrum, indicating mode penetration for this shot. Boundary displacements on the order of 0.5 cm peak-to-peak were present. This suggests that while the 3D effect was small relative to the plasma minor radius, resonant mode penetration occurred, indicating the ability of 3D reconstructions to resolve small key features in the plasma.

日本語訳

診断測定におけるトロイダル方向の変動は、周辺局在モードを抑制するために共鳴磁場摂動(RMP)が印加されると、トカマク平衡の二次元(2D)対称性が破られ得ることを示している。2Dモデルによるトカマク制御は依然として可能であるが、詳細な解析を行う際の2D平衡の適用性に関して疑問が生じる。特に、周辺物理に関する疑問は、トロイダル方向の変動を示す測定と整合する平衡計算から利益を得るであろう。三次元(3D)平衡を診断測定に適合させる能力は、本質的に3Dの磁場構造を持つ非軸対称装置であるステラレーターにとって長年の課題であった。STELLOPTコードは、3DのVMEC平衡を磁気、トムソン散乱、モーション・スターク効果(MSE)、および荷電交換診断に適合させることにより、このような課題に対する解決策を提供する。n = 3のRMPが印加されたDIII-Dトカマクのプラズマは、STELLOPTを用いて再構成された(ショット番号142603)。この再構成は、磁気診断、測定された真空コイル電流、トムソン散乱、荷電交換分光法、およびMSE偏光測定への適合によって支配される。再構成された平衡は、低次有理面において圧力勾配が極めて小さくなる特徴を有する。このような特徴は、印加されたRMPスペクトルと関連付けることができ、このショットにおけるモード侵入を示している。ピーク間で約0.5 cmの境界変位が存在した。これは、3D効果がプラズマの小半径に比べて小さかったものの、共鳴モード侵入が発生したことを示唆しており、プラズマ中の小さな重要な特徴を分解する3D再構成の能力を示している。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DEquilibrium reconstruction
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