Peeling-ballooning stability of tokamak plasmas with applied 3D magnetic fields
Peeling-ballooning stability of tokamak plasmas with applied 3D magnetic fields
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施加 3D 磁场的托卡马克等离子体的剥离-气球稳定性
DOI：
10.1088/1741-4326/aba451
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.3
通讯作者：
Anastopoulos Tzanis M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Anastopoulos Tzanis M
采用不稳定轴对称托卡马克等离子体的环向简正模的极向谐波作为基函数，用于最小化三维能量泛函。这种方法是Anastopoulos Tzanis等人（2019 Nucl. Fusion 59 126028）中考虑的微扰方法的自然扩展。这种变分公式适用于托卡马克等离子体的稳定性受到外部非轴对称磁场。对变分法和微扰法的比较表明，对于D形、高β N等离子体，在实验相关的三维场作用下，简正模的耦合变得很强，导致微扰法分析的假设被破坏。这里采用的变分分析解决了强耦合，最小化能量相对于环形和极向傅立叶系数。在一般情况下，据观察，气球不稳定的模式进一步不稳定所施加的3D字段和现场对齐的本地化的扰动发生，作为本地气球理论建议。对于D形高β N等离子体，与实验情况相关，观察到存在中间n个不稳定的剥离-膨胀模式，其中生长速率谱中的最大值通常发生，导致不稳定的协同耦合，强烈地降低了3D系统的稳定性。
The poloidal harmonics of the toroidal normal modes of an unstable axisymmetric tokamak plasma are employed as basis functions for the minimisation of the 3D energy functional. This approach presents a natural extension of the perturbative method considered in Anastopoulos Tzanis et al (2019 Nucl. Fusion 59 126028). This variational formulation is applied to the stability of tokamak plasmas subject to external non-axisymmetric magnetic fields. A comparison of the variational and perturbative methods shows that for D-shaped, high β N plasmas, the coupling of normal modes becomes strong at experimentally relevant applied 3D fields, leading to violation of the assumptions that justify a perturbative analysis. The variational analysis employed here addresses strong coupling, minimising energy with respect to both toroidal and poloidal Fourier coefficients. In general, it is observed that ballooning unstable modes are further destabilised by the applied 3D fields and field-aligned localisation of the perturbation takes place, as local ballooning theory suggests. For D-shaped high β N plasmas, relevant to experimental cases, it is observed that the existence of intermediate n unstable peeling-ballooning modes, where a maximum in the growth rate spectrum typically occurs, leads to a destabilising synergistic coupling that strongly degrades the stability of the 3D system.
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影响因子：
3.3
作者：
Y. Liang;P. Lomas;I. Nunes;M. Gryaznevich;M. Beurskens;S. Brezinsek;J. Coenen;P. Denner;T. Eich;L. Frassinetti;S. Gerasimov;D. Harting;S. Jachmich;A. Meigs;J. Pearson;M. Rack;S. Saarelma;B. Sieglin;Y. Yang;L. Zeng;J. Contributors
通讯作者：
Y. Liang;P. Lomas;I. Nunes;M. Gryaznevich;M. Beurskens;S. Brezinsek;J. Coenen;P. Denner;T. Eich;L. Frassinetti;S. Gerasimov;D. Harting;S. Jachmich;A. Meigs;J. Pearson;M. Rack;S. Saarelma;B. Sieglin;Y. Yang;L. Zeng;J. Contributors
DOI：
--
发表时间：
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影响因子：
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通讯作者：
M. Chance
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通讯作者：
Anastopoulos-Tzanis M
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S. Newton
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通讯作者：
C. Schwab