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Pedestal collapse by resonant magnetic perturbations

R. Nazikian, Q. Hu, A. Ashourvan, D. Eldon, T.E. Evans, B.A. Grierson, N.C. Logan, D.M. Orlov, J.-K. Park, C. Paz-Soldan2021年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

Pedestal collapse (i.e., the complete loss of the edge transport barrier (ETB)) in DIII-D H-mode plasmas occurs when resonant magnetic perturbations (RMPs) penetrate the steep gradient region at the plasma edge. Normally, RMP driven magnetic islands can occur at the top and bottom of the H-mode pedestal and these islands generate conditions consistent with edge-localized-mode (ELM) suppression and density pump-out, respectively, based on nonlinear two-fluid MHD simulations. In contrast, MHD simulations show that the steep pressure gradient region between the top and bottom of the DIII-D pedestal is generally immune to resonant field penetration due to large local E × B and diamagnetic flows. By this fortuitous circumstance, the edge-transport-barrier and H-mode confinement can be maintained while achieving ELM suppression. However, pedestal collapse can occur in DIII-D when the screening flows are inadequate to prevent field penetration in the steep gradient region of the pedestal. Non-linear two-fluid MHD simulations support the role of resonant field penetration in pedestal collapse for DIII-D H-mode plasmas with weak edge E × B and diamagnetic screening flows. ITER will likely have weaker edge screening flows than present experiments due to its much larger size, making it more susceptible to resonant field penetration in the steep gradient region of the pedestal. Analysis of model ITER equilibria demonstrates that resonant field penetration in the steep pressure gradient region is possible for RMP levels of the order required for ELM suppression. The effect of such penetration on the ITER pedestal will depend sensitively on the resulting degree of island overlap.

日本語訳

DIII-D Hモードプラズマにおけるペデスタル崩壊(すなわち、エッジ輸送障壁(ETB)の完全な喪失)は、共鳴磁場摂動(RMP)がプラズマ端部の急峻な勾配領域に浸透した際に発生する。通常、RMPによって駆動される磁気島はHモードペデスタルの上部と下部に発生し得るが、非線形二流体MHDシミュレーションに基づくと、これらの島はそれぞれELM抑制および密度ポンプアウトと整合する条件を生成する。対照的に、MHDシミュレーションは、DIII-Dペデスタルの上部と下部の間の急峻な圧力勾配領域は、大きなE×B流および反磁性流により、一般的に共鳴磁場浸透に対して免疫があることを示している。この好都合な状況により、ELM抑制を達成しながらエッジ輸送障壁およびHモード閉じ込めを維持することができる。しかしながら、DIII-Dにおいて、スクリーニング流がペデスタルの急峻な勾配領域における磁場浸透を防ぐのに不十分な場合、ペデスタル崩壊が発生し得る。非線形二流体MHDシミュレーションは、弱いエッジE×B流および反磁性スクリーニング流を有するDIII-D Hモードプラズマにおけるペデスタル崩壊における共鳴磁場浸透の役割を支持している。ITERは、そのはるかに大きなサイズにより、現在の実験よりも弱いエッジスクリーニング流を有する可能性が高く、ペデスタルの急峻な勾配領域における共鳴磁場浸透に対してより感受性が高くなる。モデルITER平衡の解析は、ELM抑制に必要なオーダーのRMPレベルに対して、急峻な圧力勾配領域における共鳴磁場浸透が可能であることを実証している。このような浸透がITERペデスタルに及ぼす影響は、結果として生じる島の重なりの程度に敏感に依存するであろう。

装置

diii-d中精度(概要文一致)iter中精度(概要文一致)

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PedestalMagnetic perturbationResonant magnetic perturbation
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