Observation of a New Pedestal Stability Regime in MAST Upgrade H-mode Plasmas
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著者
K. Imada, T.H. Osborne, S. Saarelma, J.G. Clark, A. Kirk, M. Knolker, R. Scannell, P.B. Snyder, C. Vincent, H.R. Wilson, and the MAST Upgrade Team
装置
MAST Upgrade (MAST-U)は、イギリスのCulham Science Centreにある球状トカマク（Spherical Tokamak）で、プラズマ形成や磁場強度、放電時間の向上が図られた装置です。750 kAのトロイダル電流、3.5 MWの中性粒子ビーム（NBI）加熱を使用します。 研究分野の詳細
この研究は、トカマク型核融合炉におけるエッジ局在モード（ELM）の制御や、高圧ペデスタル（プラズマのエッジにおける圧力勾配）の安定性の解析に焦点を当てています。ペデスタル安定性の向上により、エッジ局在モードを抑制し、高いプラズマ閉じ込め性能を目指すものです。 論文の概要
この研究では、MAST Upgradeトカマクにおける新しいペデスタル安定性の解析結果を報告しています。従来のMAST Hモードと比較して、MAST-Uのペデスタルはより高い圧力勾配と電流密度を持ち、ピールバルーニング不安定性の両枝（ピールモードとバルーニングモード）の結合が弱いことが示されました。これにより、ELMフリーモードへの移行や、高性能Hモード（スーパーHモード）への可能性が示唆されています。
何が明らかになったのか
MAST-Uのペデスタルは、従来のMASTと比較して、圧力勾配と電流密度が約2倍に増加し、安定領域が拡大しています。
ペデスタル形状（特に伸長率と四角性）が安定性に重要な役割を果たしていることが明らかになりました。
その根拠を示す各図の説明とその理論
https://content.cld.iop.org/journals/0029-5515/64/8/086002/revision5/nfad5219f1_lr.jpg
1. 図1: MASTおよびMAST-Uにおけるプラズマ放電の軌跡。電流、電子温度、加熱パワー、ELMイベントを示し、各放電の特徴を比較。
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2. 図3: 電子密度・温度および不純物温度のペデスタル領域のプロファイル比較。MAST-Uの方がより高い温度と急峻な勾配を持つ。
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3. 図5: ピールバルーニング不安定性境界の解析。MAST-Uでは、結合が弱く、ペデスタルの圧力勾配がより高い領域に達していることが示されています。
今後の展望
ペデスタル電流密度をさらに高めるために、ペデスタルの衝突率を低減する手法を検討。
より高い加熱パワーと密度制御により、ELMフリーの高性能モード（スーパーHモード）への移行が期待されます。
未来の小型核融合炉設計に向け、MAST-Uの安定性データが貴重な指標となると考えられます。
ELMフリーモード、スーパーHモードはかっこいいmasaharu.icon
なぜ、プラズマ性能が上がったと思いますか？masaharu.icon
MAST Upgrade（MAST-U）の今回の報告では、プラズマ性能の向上について以下の要因が分析されていますchatGPT.icon
1. プラズマ形状の改善
MAST-Uでは、従来のMASTと比較して、プラズマの形状パラメータ（伸長率や四角性）が大きく改善されており、これによりペデスタルの安定性が向上しました。特に、伸長率（プラズマの上下方向の長さ）が高くなると、バルーニングモードの不安定性を抑える効果があり、より高い圧力勾配が達成可能となります。また、四角性も最適化され、ピールバルーニング不安定性が緩和されました。この形状の改善によって、より高いプラズマの閉じ込め性能が得られています。 2. ペデスタル温度の上昇
MAST-Uでは、ペデスタル領域の温度が従来のMASTよりも大幅に高くなり、特にHモード初期の段階ではペデスタルの温度が20%以上上昇しています。この高温により、プラズマの衝突率が低下し、ペデスタル電流密度が増加しました。これがプラズマのピールバルーニング不安定性を抑え、より高い安定性と性能を実現しました。
従来のMASTでは、ピールバルーニング不安定性によってペデスタルの圧力勾配や電流密度が制限されていましたが、MAST-Uではこの不安定性が弱く結合していることが確認されました。これにより、ペデスタルの圧力勾配と電流密度が従来の2倍に達し、ELM（エッジ局在モード）を抑えつつ高いプラズマ性能を維持できるようになっています。
4. 長時間のHモード運転
MAST-Uの改良によって、トカマクの放電時間が約2倍に延び、Hモードでの安定した運転時間が確保されました。これにより、ELMフリーの運転やスーパーHモードのような高性能モードへのアクセスが可能となり、プラズマ性能がさらに向上しました。
これらの要因が組み合わさることで、MAST-Uではプラズマの閉じ込め性能が大幅に向上し、より安定した運転が可能になっています。
MAST-U激アツやんmasaharu.icon
やっぱプラズマ形状を自由自在に変えれる装置は強そうmasaharu.icon