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The physics of electron internal transport barriers in the TCV tokamak

S. Coda, E. Asp, E. Fable, T.P. Goodman, O. Sauter, V.S. Udintsev, R. Behn, M.A. Henderson, A. Marinoni, G.P. Turri2007年被引用 12Nuclear FusionIF 3出版社

Electron internal transport barriers (eITBs) are generated in the TCV tokamak with strong electron cyclotron resonance heating in a variety of conditions, ranging from steady-state fully noninductive scenarios to stationary discharges with a finite inductive component and finally to transient current ramps without current drive. The confinement improvement over L-mode ranges from 3 to 6; the bootstrap current fraction is invariably large and is above 70% in the highest confinement cases, with good current profile alignment permitting the attainment of steady state. Barriers are observed both in the electron temperature and density profiles, with a strong correlation both in location and in steepness. The dominant role of the current profile in the formation and properties of eITBs has been conclusively proven in a TCV experiment exploiting the large current drive efficiency of the Ohmic transformer: small current perturbations accompanied by negligible energy transfer dramatically alter the confinement. The crucial element in the formation of the barrier is the appearance of a central region of negative magnetic shear, with the barrier strength improving with increasingly steep shear. This connection has also been corroborated by transport modelling assisted by gyrofluid simulations. Rational safety-factor (q) values do not appear to play a role in the barrier formation, at least in the q range 1.3–2.3, as evidenced by the smooth dependence of the confinement enhancement on the loop voltage over a broad eITB database. MHD mode activity is however influenced by rational q values and results in a complex, sometimes cyclic, dynamic evolution.

日本語訳

電子内部輸送障壁(eITB)は、TCVトカマクにおいて、強力な電子サイクロトロン共鳴加熱により、定常状態の完全非誘導シナリオから、有限の誘導成分を伴う定常放電、さらには電流駆動を伴わない過渡的な電流ランプまで、多様な条件下で生成される。Lモードからの閉じ込め改善度は3から6の範囲であり、ブートストラップ電流割合は常に大きく、最も閉じ込めが優れた場合には70%を超える。このとき、電流分布の整合が良好であれば定常状態の達成が可能となる。障壁は電子温度分布と電子密度分布の両方において観測され、その位置と急峻度には強い相関が見られる。eITBの形成と特性における電流分布の支配的役割は、オーミックトランスフォーマーの高い電流駆動効率を活用したTCV実験において決定的に証明された。すなわち、無視できるほどのエネルギー輸送を伴う小さな電流摂動が、閉じ込めを劇的に変化させるのである。障壁形成の決定的要素は、中心領域における負の磁気シアの出現であり、障壁強度はシアが急峻になるほど向上する。この関連性は、ジャイロ流体シミュレーションを援用した輸送モデリングによっても裏付けられている。有理安全係数(q)の値は、障壁形成には役割を果たしていないように思われる。少なくともq値が1.3から2.3の範囲では、広範なeITBデータベースにおいて、閉じ込め改善がループ電圧に滑らかに依存することからも、そのことが示唆される。しかしながら、MHDモード活動は有理q値の影響を受け、複雑で、時には周期的な動的進化をもたらす。

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Transport barrierTCVInternal transport barrier
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