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Stabilization of neoclassical tearing modes by electron cyclotron current drive in JT-60U

JT-60Uにおける電子サイクロトロン電流駆動による新古典テアリングモードの安定化

諌山 明彦; 大山 直幸; 浦野 創; 鈴木 隆博; 武智 学; 林 伸彦; 長崎 百伸*; 鎌田 裕; 井手 俊介; 小関 隆久

Isayama, Akihiko; Oyama, Naoyuki; Urano, Hajime; Suzuki, Takahiro; Takechi, Manabu; Hayashi, Nobuhiko; Nagasaki, Kazunobu*; Kamada, Yutaka; Ide, Shunsuke; Ozeki, Takahisa

本論文ではJT-60UにおけるECCDによるNTMの能動的制御に関して記述している。JT-60Uでは、鋸歯状振動反転半径の内側にco方向に電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を行うことにより、ポロイダルモード数$$m=3$$,トロイダルモード数$$n=2$$のNTMの成長を抑制することに成功した。このことは、鋸歯状振動と小振幅の$$3/2$$ NTMが大きな閉じ込め劣化を起こすことなく共存できる可能性を示している。また、$$m/n=2/1$$のNTMの発生位置にECCDを行うことにより、電子サイクロトロン(EC)波駆動電流密度と自発電流密度の比が小さい値でもNTMを完全に安定化できることを実証した。また、ECCD位置とNTM安定化効果に関して、(1)NTM発生位置からのECCD位置のずれが磁気島幅の半分程度以内のときのみに安定化効果が強く現れる,(2)ECCD位置が磁気島幅程度ずれたときには不安定化効果が現れる、ということを実験的に明らかにした。また、TOPICSコードを用いて$$m/n=2/1$$のNTMのシミュレーションを行った結果、上記の応答がよく再現できることが明らかになった。さらに、TOPICSシミュレーションの結果、ECCD幅を狭くすることによりNTM安定化に要するEC波パワーを大幅に減らすことができることも明らかになった。

Results from active control of neoclassical tearing modes (NTMs) by electron cyclotron current drive (ECCD) in $mbox{JT-60U}$ are described. Evolution of an NTM with the poloidal mode number $$m=3$$ and the toroidal mode number $$n=2$$ has been suppressed by ECCD inside the sawtooth inversion radius in the co-direction, showing the possibility of the coexistence of sawtooth oscillations and a small-amplitude $$m/n=3/2$$ NTM without large confinement degradation. Stabilization of an $$m/n=2/1$$ NTM by ECCD at the mode rational surface has been demonstrated with a small value of the ratio of the current density driven by electron cyclotron (EC) wave to the local bootstrap current density ($$sim 0.5$$). Also, dependence of the stabilization effect on ECCD location has been investigated in detail, and it has been clarified that an $$m/n=2/1$$ NTM can be completely stabilized with the misalignment of the ECCD location less than about half of the island width, and that the $$m/n=2/1$$ NTM is destabilized with the misalignment comparable to the island width. Time-dependent, self-consistent simulation of magnetic island evolution using the TOPICS code has shown that the above stabilization and destabilization of an $$m/n=2/1$$ NTM are well reproduced with the same set of coefficients of the modified Rutherford equation. The TOPICS simulation has also clarified that EC wave power required for complete stabilization can be significantly reduced by narrowing the ECCD width.

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パーセンタイル:71.31

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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