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Real-time control of NBI fast ions, current-drive and heating properties

M. Weiland, O. Kudlacek, B. Sieglin, R. Bilato, U. Plank, W. Treutterer, the ASDEX Upgrade Team, EUROfusion Tokamak Exploitation Team2024年5月Nuclear FusionIF 3出版社

Conventionally, neutral beam injection (NBI) in tokamaks is controlled via engineering parameters such as injection voltage and power. Recently, the high-fidelity real-time NBI code RABBIT has been coupled to the discharge control system of ASDEX Upgrade. It allows to calculate the NBI fast-ion distribution and hence the properties of NBI in real-time, making it possible to control them directly. We successfully demonstrate control of driven current, ion heating and stored fast-ion energy by modifying the injected beam power. A combined ECRH and NBI controller is also successfully tested, which is able to adjust the heating mix between ECRH and NBI to match a certain desired ion heating fraction at given total power. Further experiments have been carried out towards control of the ion heat flux (i.e. ion heating plus collisional heat transfer between ions and electrons). They show good initial success, but also leave room for future improvements as the controller runs into instabilities at too high requests.

日本語訳

従来、トカマクにおける中性粒子ビーム入射(NBI)は、入射電圧やパワーなどの工学的パラメータを介して制御されている。近年、高忠実度リアルタイムNBIコードRABBITがASDEX Upgradeの放電制御システムに結合された。これにより、NBI高速イオン分布をリアルタイムで計算し、したがってNBIの特性をリアルタイムで計算することが可能となり、それらを直接制御することが可能になった。我々は、入射ビームパワーを変更することにより、駆動電流、イオン加熱、蓄積高速イオンエネルギーの制御を実証することに成功した。ECRHとNBIの統合コントローラもまた首尾よく試験され、与えられた全パワーにおいて所望のイオン加熱割合に一致するようにECRHとNBI間の加熱配分を調整することができる。イオン熱流束(すなわち、イオン加熱とイオン・電子間の衝突熱輸送)の制御に向けたさらなる実験も実施された。それらは良好な初期成功を示すが、コントローラが過度に高い要求で不安定性に陥るため、将来の改善の余地も残している。

装置

asdex-upgrade低精度(概要文一致)

wiki

Fusion Advanced Studies TorusEnergetic ionNeutral beam injection

AIによる論文要約

NBI高速イオンの実時間制御、電流駆動、加熱特性
JAこの論文は、核融合プラズマの加熱・電流駆動に関心のある研究者や学生に有益です。NBI制御の高度化によりプラズマ性能の向上が期待できるため、核融合分野全般に興味のある人にも読まれることを期待しています。#核融合 #NBI #実時間制御 #加熱 #電流駆動

この論文では、ASDEX Upgrade装置でNBIの高速イオン分布を実時間で計算し、NBIの駆動電流、イオン加熱、高速イオンエネルギーを直接制御する手法を示しています。さらに、ECRHとNBIの組み合わせ制御も成功しており、目標のイオン加熱割合を実現できることが実証されています。今後の課題として、イオン熱流束の制御に向けた取り組みも紹介されています。

Real-time control of NBI fast ions, current-drive and heating properties
ENThis paper should be read by fusion researchers and engineers working on tokamak control systems, as it demonstrates a novel approach to optimizing NBI performance in real-time, which is crucial for improving the efficiency and performance of fusion reactors.#FusionResearch #NeutralBeamInjection #RealTimeControl #TokamakOptimization

This paper describes a new system that allows real-time control of neutral beam injection (NBI) in tokamaks, enabling precise control of current drive, ion heating, and fast-ion energy. The system uses a real-time NBI code called RABBIT to calculate the NBI fast-ion distribution and properties, which are then used to adjust the injected beam power to achieve the desired outcomes.

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