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Analytical modelling of resistive wall mode stabilization by rotation in toroidal tokamak plasmas

C J Ham, C G Gimblett, R J Hastie2011年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Stabilization of the resitive wall mode (RWM) may allow fusion power to be doubled for a given magnetic field in advanced tokamak operation. Experimental evidence from DIII-D and other machines suggests that plasma rotation can stabilize the RWM. Several authors (Finn 1995 Phys. Plasmas2 3782, Bondeson and Xie 1997 Phys. Plasmas4 2081) have constructed analytical cylindrical models for the RWM, but these do not deal with toroidal effects. The framework of Connor et al (1988 Phys. Fluids31 577) is used to develop ideal plasma analytic models with toroidicity included. Stepped pressure profiles and careful ordering of terms are used to simplify the analysis. First, a current driven kink mode model is developed and a dispersion relation for arbitrary current profile is calculated. Second, the external pressure driven kink mode is similarly investigated as the most important RWM arises from this mode. Using this latter model it is found that the RWM is stabilized by Alfvén continuum damping with rotation levels similar to those seen in experiments. An expression for the stability of the external kink mode for more general current profiles and a resistive wall is derived in the appendix.

日本語訳

抵抗性壁モード(RWM)の安定化は、先進トカマク運転において、所定の磁場に対する核融合出力を2倍にすることを可能にするかもしれない。DIII-Dおよび他の装置からの実験的証拠は、プラズマ回転がRWMを安定化できることを示唆している。いくつかの著者(Finn 1995 Phys. Plasmas2 3782、Bondeson and Xie 1997 Phys. Plasmas4 2081)は、RWMに対する解析的な円筒モデルを構築したが、これらはトロイダル効果を扱っていない。Connorら(1988 Phys. Fluids31 577)の枠組みを用いて、トロイダル性を含む理想プラズマの解析モデルを開発する。階段状の圧力分布と項の注意深いオーダリングを用いて、解析を簡略化する。まず、電流駆動キンクモードのモデルを開発し、任意の電流分布に対する分散関係を計算する。次に、外部圧力駆動キンクモードを同様に調査する。最も重要なRWMはこのモードから生じるためである。この後者のモデルを用いることで、RWMは、実験で見られるものと同様の回転レベルを持つアルフヴェン連続体減衰によって安定化されることが見出される。より一般的な電流分布と抵抗性壁に対する外部キンクモードの安定性の式が、付録で導出される。

装置

diii-d中精度(概要文一致)

wiki

Resistive wall mode
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