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Profile formation and sustainment of autonomous tokamak plasma with current hole configuration

電流ホール配位自律性トカマクプラズマの分布形成・維持

林 伸彦; 滝塚 知典; 小関 隆久

Hayashi, Nobuhiko; Takizuka, Tomonori; Ozeki, Takahisa

電流ホール配位トカマクプラズマの分布形成と維持を、電流ホール内に三磁気島平衡に基づく電流制限モデルを適用した1.5次元輸送コードを用いて調べた。負磁気シア領域で急に減衰する異常輸送モデルが、JT-60Uで観測された分布の時間発展を再現でき、負磁気シア領域で輸送は新古典レベルになり、その結果、大きなブートストラップ電流を介して内部輸送障壁と電流ホールのある分布が自律的に形成されることがわかった。新古典レベルの輸送で決まる内部輸送障壁幅は、JT-60U実験と一致し、内部輸送障壁内に閉じ込められるエネルギーは、JT-60U閉じ込め則と一致する。この閉じ込め則は、内部輸送障壁内のプラズマがMHD平衡限界に支配され、閉じ込めエネルギーが自律的に制限されることを意味する。大きな電流ホールを持つプラズマは、ブートストラップ電流による完全電流駆動により維持される。一方、小さな電流ホールでブートストラップ電流割合が小さいプラズマは、誘導電流の染込みにより収縮してしまう。適切な外部電流駆動により、この収縮を妨げ、さらに電流ホールの大きさを制御することができる。電流ホールプラズマが、外部電流駆動に対して自律的に反応することを明らかにした。核融合炉への電流ホールプラズマの適用性を議論した。

We have investigated profile formation and sustainment of current hole (CH) plasma by 1.5D transport simulations with current limit model inside CH based on Axisymmetric Tri-Magnetic-Islands equilibrium. Sharp reduction of anomalous transport in RS region can reproduce JT-60U experiments. The transport becomes neoclassical-level in RS region, which results in autonomous profile formation of ITB and CH through large bootstrap current. ITB width determined by neoclassical-level transport agrees with that in JT-60U. Energy confinement inside ITB agrees with JT-60U scaling. The scaling means that core plasma inside ITB is governed by MHD equilibrium limit, i.e., autonomous limitation of energy confinement. The plasma with large CH is sustained with full current drive by bootstrap current. The plasma with small CH and small bootstrap current fraction shrinks due to penetration of inductive current. This shrink is prevented and CH size can be controlled by appropriate external CD. CH plasma is found to respond autonomically to external CD. Application of CH plasma to reactor is discussed.

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分野:Physics, Fluids & Plasmas

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