Fast ion stabilization of the ion temperature gradient driven modes in the Joint European Torus hybrid-scenario plasmas: a trigger mechanism for internal transport barrier formation

热核聚变 等离子体 离子 联合欧洲环面 原子物理学 物理 压力梯度 湍流 温度梯度 磁聚变 材料科学 机械 核物理学 托卡马克 量子力学
作者
F. Romanelli,A. Zocco,F. Crisanti
出处
期刊:Plasma Physics and Controlled Fusion [IOP Publishing]
卷期号:52 (4): 045007-045007 被引量:53
标识
DOI:10.1088/0741-3335/52/4/045007
摘要

Understanding and modelling turbulent transport in thermonuclear fusion plasmas are crucial for designing and optimizing the operational scenarios of future fusion reactors. In this context, plasmas exhibiting state transitions, such as the formation of an internal transport barrier (ITB), are particularly interesting since they can shed light on transport physics and offer the opportunity to test different turbulence suppression models. In this paper, we focus on the modelling of ITB formation in the Joint European Torus (JET) [1] hybrid-scenario plasmas, where, due to the monotonic safety factor profile, magnetic shear stabilization cannot be invoked to explain the transition. The turbulence suppression mechanism investigated here relies on the increase in the plasma pressure gradient in the presence of a minority of energetic ions. Microstability analysis of the ion temperature gradient driven modes (ITG) in the presence of a fast-hydrogen minority shows that energetic ions accelerated by the ion cyclotron resonance heating (ICRH) system (hydrogen, nH,fast/nD,thermal up to 10%, TH,fast/TD,thermal up to 30) can increase the pressure gradient enough to stabilize the ITG modes driven by the gradient of the thermal ions (deuterium). Numerical analysis shows that, by increasing the temperature of the energetic ions, electrostatic ITG modes are gradually replaced by nearly electrostatic modes with tearing parity at progressively longer wavelengths. The growth rate of the microtearing modes is found to be lower than that of the ITG modes and comparable to the local E × B-velocity shearing rate. The above mechanism is proposed as a possible trigger for the formation of ITBs in this type of discharges.

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