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Quantitative modeling of neoclassical tearing mode driven fast ion transport in integrated TRANSP simulations

L Bardóczi, M Podestà, W W Heidbrink, M A Van Zeeland2019年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The TRANSP-'Kick' energetic particle transport model has been extended to study neoclassical tearing mode (NTM) driven fast ion (FI) transport with zero free parameters. FI transport induced by the NTM is obtained by calculating perturbed FI orbits via the guiding center particle following code orbit in the magnetic field of an experimentally characterized island chain. Transport probabilities are then used in TRANSP's Monte Carlo module NUBEAM to modify the FI distribution in every time step of the full TRANSP analysis. This procedure retains all TRANSP functionality and self-consistently predicts the NTM impact on beam torque, current drive and heating. Comparisons to DIII-D steady state, hybrid and ITER baseline plasmas are encouraging with the model quantitatively recovering the measured neutron rates. FI effects depend on the location and width of FI phase space resonances which are not accounted for by the former ad hoc beam diffusivity model of TRANSP. Resonance overlaps result in a transport threshold, for the cases investigated herein, at . When the FI transport is dominated by energy and momentum redistribution. In particular, m/n = 3/2 NTMs lead to hollow profile at q = m/n and broadened profile in the core. When FI losses increase, the neutral beam torque () and driven current () decrease across the entire plasma. The effects on NB profiles can strongly depend on the NTM frequency and mode numbers with the 3/2 (2/1) broadening (peaking) near the magnetic axis.

日本語訳

TRANSP-Kick高エネルギー粒子輸送モデルは、新古典テアリングモード(NTM)駆動の高速イオン(FI)輸送をゼロ自由パラメータで研究するために拡張された。NTMによって誘起されるFI輸送は、実験的に特性評価された磁気島の磁場中で、ジャイロ軌道追跡コードorbitを用いて摂動軌道を計算することにより得られる。輸送確率は、完全なTRANSP解析の各時間ステップにおいて、TRANSPのモンテカルロモジュールNUBEAM内でFI分布を修正するために使用される。この手順は、すべてのTRANSP機能を保持し、ビームトルク、駆動電流、および加熱に対するNTMの影響を自己無撞着に予測する。DIII-D定常状態、ハイブリッド、およびITERベースラインのプラズマとの比較は、モデルが測定された中性子率を定量的に再現することを示しており、有望である。FI効果は、従来のTRANSPの経験的ビーム拡散率モデルでは考慮されていない、FI位相空間共鳴の位置と幅に依存する。共鳴の重なりは輸送閾値をもたらし、本稿で検討した場合においては、 において生じる。 のとき、FI輸送はエネルギーおよび運動量の再分布によって支配される。特に、m/n = 3/2 NTMは、q = m/nにおいて プロファイルを中空化し、コア領域において プロファイルを広げる。 のとき、FI損失が増加し、中性子ビームトルク( )および駆動電流( )はプラズマ全体にわたって減少する。NBプロファイルへの影響は、NTM周波数およびモード数に強く依存し得り、3/2(2/1)は磁気軸近傍の を広げる(ピーク化する)。

装置

diii-d低精度(概要文一致)iter低精度(概要文一致)

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Fusion Advanced Studies TorusEnergetic ionTearing modeNeoclassical tearing modeIon transport
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