Physics of GAM-initiated L–H transition in a tokamak

Abstract

Based on experimental observations using the TUMAN-3M and FT-2 tokamaks, and the results of gyrokinetic modeling of the interplay between turbulence and the geodesic acoustic mode (GAM) in these installations, a simple model is proposed for the analysis of the conditions required for L-H transition triggering by a burst of radial electric field oscillations in a tokamak. In the framework of this model, one-dimensional density evolution is considered to be governed by an anomalous diffusion coefficient dependent on radial electric field shear. The radial electric field is taken as the sum of the oscillating term and the quasi-stationary one determined by density and ion temperature gradients through a neoclassical formula. If the oscillating field parameters (amplitude, frequency, etc) are properly adjusted, a transport barrier forms at the plasma periphery and sustains after the oscillations are switched off, manifesting a transition into the high confinement mode with a strong inhomogeneous radial electric field and suppressed transport at the plasma edge. The electric field oscillation parameters required for L-H transition triggering are compared with the GAM parameters observed at the TUMAN-3M (in the discharges with ohmic L-H transition) and FT-2 tokamaks (where no clear L-H transition was observed). It is concluded based on this comparison that the GAM may act as a trigger for the L-H transition, provided that certain conditions for GAM oscillation and tokamak discharge are met.

Geodesic modes driven by plasma fluxes during oblique NB heating in tokamaks

“…These modes may drive anomalous plasma transport and energetic ions loss, as it has been theoretically established 2,3 and experimentally observed. [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] Furthermore, they may be useful as a diagnostic tool to indicate the L-H confinement transition [4][5][6] in tokamaks. Eigenmodes in the geodesic frequency range have been experimentally observed for a wide range of tokamak ohmic discharges 7,8 and were also detected in ion cyclotron resonance (ICR) 9 and Neutral Beam (NB) heating discharges.…”

“…[4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] Furthermore, they may be useful as a diagnostic tool to indicate the L-H confinement transition [4][5][6] in tokamaks. Eigenmodes in the geodesic frequency range have been experimentally observed for a wide range of tokamak ohmic discharges 7,8 and were also detected in ion cyclotron resonance (ICR) 9 and Neutral Beam (NB) heating discharges. [10][11][12][13][14] In the latter case, the instability is preferentially driven by counter injection in comparison to coinjection, especially during the current rump-up.…”

Влияние Временных Характеристик Колебаний Геодезической Акустической Моды На Возможность Инициирования LH-перехода В Токамаке Туман-3м

“…Необходимо отметить, что в таком диапазоне значений концентрации возможен только LH-переход, инициированный приложенным извне сильным неоднородным полем E r (в отличие от спонтанного LH-перехода при более высоких концентрациях). В рассматриваемых раз- рядах подобного воздействия на плазму нет, поэтому предполагается, что именно ГАМ является фактором, инициирующим LH-переход; возможность такого инициирования, согласующаяся с экспериментом, была описана в [9]. В токамаке ТУМАН-3М наблюдается два характерных сценария разрядов с ГАМ перед LH-переходом.…”

“…Максимальная амплитуда колебаний ГАМ в обоих сценариях была примерно одинаковой: 4.5−5.5 kV/m (значение получено из измерений скорости полоидального вращения при помощи ДОР и из величины коле-баний потенциала, зарегистрированных ДПТИ, с учетом данных ДОР относительно пространственных характеристик ГАМ, см. [8,9]).…”

“…Ранее для анализа возможности инициирования LH-перехода вспышкой колебаний ГАМ была разработана численная модель [9], рассчитывающая эволюцию профиля концентрации плазмы с учетом подавления диффузии широм E r . В настоящей работе представлены полученные с использованием разработанной модели результаты численного моделирования экспериментальных сценариев, описанных выше.…”