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Ion cyclotron emission due to collective instability of fusion products and beam ions in TFTR and JET

R.O. Dendy, K.G. McClements, C.N. Lashmore-Davies, G.A. Cottrell, R. Majeski, S. Cauffman1995年被引用 47Nuclear FusionIF 3出版社

Ion cyclotron emission (ICE) has been observed from neutral beam heated TFTR, and JET tritium experiments at sequential cyclotron harmonics of both fusion products and beam ions. The emission originates from the outer midplane plasma, where fusion products and beam ions are likely to have a drifting ring-type velocity-space distribution that is anisotropic and sharply peaked. Fusion product driven ICE in both TFTR and JET can be attributed to the magnetoacoustic cyclotron instability, which involves the excitation of obliquely propagating waves on the fast Alfven/ion Bernstein branch at cyclotron harmonics of the fusion products. Differences between ICE observations in JET and TFTR appear to reflect the sensitivity of the instability growth rate to the ratio vbirth/cA where vbirth is the fusion product birth speed and cA is the local Alfven speed for fusion products in the outer midplane edge of TFTR supershots, vbirth < cA for alpha particles in the outer midplane edge of JET, the opposite inequality applies. If sub-Alfvenic fusion products are isotropic or have undergone even a moderate degree of thermalization, the magnetoacoustic instability cannot occur. In contrast, the super-Alfvenic alpha particles that are present in the outer midplane of JET can drive the magnetoacoustic cyclotron instability even if they are isotropic or have a relatively broad distribution of speeds. These conclusions may account for the observation that fusion product driven ICE in JET persists for longer than fusion product driven ICE in TFTR. Moreover, the time evolution of the maximum growth rate, obtained using the Sigmar model for the alpha particle distribution and TFTR data for the fusion product source rate, closely follows the observed time evolution of the ICE amplitude in TFTR supershot discharges. Other observed features of fusion product driven ICE that match the linear instability include the scaling with fusion product density, doublet splitting of spectral peaks, the relative strength of certain harmonics and source localization. A separate mechanism is proposed forthe excitation of beam driven ICE in TFTR: electrostatic ion cyclotron harmonic waves, supported by stronglysub-Alfvénic beam ions, can be destabilized by a low concentration of such ions with a very narrow spread ofvelocities in the parallel direction. Sufficiently narrow distributions are likely to exist in the edge plasma, close tothe point of beam injection.

日本語訳

イオンサイクロトロン放射(ICE)は、中性粒子加熱されたTFTRおよびJETのトリチウム実験において、核融合生成物とビームイオンの両方の逐次サイクロトロン高調波で観測されている。この放射は、核融合生成物とビームイオンが、異方的で鋭いピークを持つドリフトリング型の速度空間分布を有する可能性が高い外側中間面プラズマに由来する。TFTRとJETの両方における核融合生成物駆動ICEは、核融合生成物のサイクロトロン高調波における高速アルフヴェン/イオンバーンスタイン分岐上の斜め伝播波の励起を伴う磁気音響サイクロトロン不安定性に帰属できる。JETとTFTRにおけるICE観測の違いは、核融合生成物の生成速度vbirthと、TFTRスーパーショットの外側中間面端部における核融合生成物の局所アルフヴェン速度cAとの比vbirth/cAに対する不安定性成長率の感度を反映しているように思われる。JETの外側中間面端部ではα粒子についてvbirth < cAであり、逆の不等式が適用される。サブアルフヴェン的核融合生成物が等方的であるか、またはある程度の熱化を受けている場合、磁気音響サイクロトロン不安定性は発生し得ない。対照的に、JETの外側中間面に存在する超アルフヴェン的α粒子は、等方的であるか比較的広い速度分布を持つ場合でも、磁気音響サイクロトロン不安定性を駆動できる。これらの結論は、JETにおける核融合生成物駆動ICEがTFTRにおけるそれよりも長く持続するという観測結果を説明できるかもしれない。さらに、Sigmarモデルを用いたα粒子分布とTFTRデータを用いた核融合生成物源率から得られる最大成長率の時間発展は、TFTRスーパーショットにおけるICE振幅の観測された時間発展と密接に一致する。線形不安定性と一致する核融合生成物駆動ICEの他の観測特徴には、核融合生成物密度とのスケーリング、スペクトルピークの二重化、特定の高調波の相対強度、および源の局在化が含まれる。TFTRにおけるビーム駆動ICEの励起には別のメカニズムが提案されている:強くサブアルフヴェン的なビームイオンによって支持される静電イオンサイクロトロン波は、平行方向の速度分布の広がりが非常に狭い低濃度のそのようなイオンによって不安定化され得る。十分に狭い分布は、ビーム入射点の近くの端部プラズマに存在する可能性が高い。

装置

jet高精度(タイトル一致)tftr高精度(タイトル一致)

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JETElectron cyclotron emissionTFTRIon cyclotron emissionFusion productBeam ion
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