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Towards self-consistent plasma modelisation in presence of neoclassical tearing mode and sawteeth: effects on transport coefficients

V Basiuk, P Huynh, A Merle, S Nowak, O Sauter, JET Contributors, the EUROfusion-IM Team2017年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The neoclassical tearing modes (NTM) increase the effective heat and particle radial transport inside the plasma, leading to a flattening of the electron and ion temperature and density profiles at a given location depending on the safety factor q rational surface (Hegna and Callen 1997 Phys. Plasmas4 2940). In burning plasma such as in ITER, this NTM-induced increased transport could reduce significantly the fusion performance and even lead to a disruption. Validating models describing the NTM-induced transport in present experiment is thus important to help quantifying this effect on future devices. In this work, we apply an NTM model to an integrated simulation of current, heat and particle transport on JET discharges using the European transport simulator. In this model, the heat and particle radial transport coefficients are modified by a Gaussian function locally centered at the NTM position and characterized by a full width proportional to the island size through a constant parameter adapted to obtain the best simulations of experimental profiles. In the simulation, the NTM model is turned on at the same time as the mode is triggered in the experiment. The island evolution is itself determined by the modified Rutherford equation, using self-consistent plasma parameters determined by the transport evolution. The achieved simulation reproduces the experimental measurements within the error bars, before and during the NTM. A small discrepancy is observed on the radial location of the island due to a shift of the position of the computed q = 3/2 surface compared to the experimental one. To explain such small shift (up to about 12% with respect to the position observed from the experimental electron temperature profiles), sensitivity studies of the NTM location as a function of the initialization parameters are presented. First results validate both the transport model and the transport modification calculated by the NTM model.

日本語訳

新古典テアリングモード(NTM)は、プラズマ内部の有効な熱および粒子の径方向輸送を増大させ、安全係数qの有理面(Hegall and Callen 1997 Phys. Plasmas 4 2940)の位置における電子およびイオンの温度・密度分布の平坦化を引き起こす。ITERのような燃焼プラズマにおいて、このNTM誘起による輸送増大は、核融合性能を著しく低下させ、さらにはディスラプションを引き起こす可能性がある。したがって、将来の装置におけるこの効果の定量化に資するため、現行実験におけるNTM誘起輸送を記述するモデルの検証が重要である。本研究では、欧州輸送シミュレータを用いたJET放電の電流・熱・粒子輸送の統合シミュレーションにNTMモデルを適用する。このモデルでは、熱および粒子の径方向輸送係数は、NTM位置を中心とし、その幅が島幅に比例するガウス関数によって修正され、比例定数は実験分布を最もよく再現するように調整される。シミュレーションにおいて、NTMモデルは実験でモードが励起された時点でオンにされる。島の時間発展は、輸送計算から得られる自己無撞着なプラズマパラメータを用いた修正ラザフォード方程式によって決定される。得られたシミュレーション結果は、NTM発生中および発生前の両方において、実験測定値を誤差範囲内で再現する。計算されたq=3/2面の位置が実験値とずれることにより、島の径方向位置にわずかな差異が観察される。この小さなずれ(実験的な電子温度分布から観測される位置に対して最大約12%)を説明するため、初期化パラメータの関数としてのNTM位置の感度解析を実施した。最初の結果は、輸送モデルとNTMモデルによって計算された輸送修正の両方を検証するものである。

装置

iter中精度(概要文一致)jet中精度(概要文一致)

wiki

Tearing modeNeoclassical tearing mode
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