Recent progress on confinement improvement study and ion heating experiments in LHD

Abstract

Experimental efforts have been extensively done in Large Helical Device (LHD) to find the key for confinement improvement like H-mode and ITB seen in tokamaks. In outwardly shifted configuration (Rax=4.00m) having an m/n=1/1 rational surface at the ergodic layer an H-mode-like transition was obtained with rapid density rise and appearance of ELM-like Hα bursts, when the PNBI was decreased from 8 to 5MW. A density window of 4-8x10¹³cm⁻³ existed for the H-mode-like transition. The ELM-like Hα bursts may be drived by a pressure gradient at the 1/1 position. On the other hand, Ne and Ar discharges were adopted to increase the ion heating power per ion and to perform the density peaking. As a result, high ion temperatures up to 10keV were obtained with a large enhancement of toroidal rotation (~40km/s). A clear reduction of the ion thermal diffusivity was found in the Ar discharge with large toroidal rotations in comparison with the Ne discharge with a small toroidal rotation (<10km/s).

Значні експериментальні зусилля на установці LHD були спрямовані на з'ясування причин поліпшення утримання в режимах, подібних H-моді або внутрішньому транспортному бар'єру (ITB), що спостерігається на токамаках. Для зміщеної назовні магнітної конфігурації (Rax=4.00m), коли область поблизу раціональної поверхні m/n=1/1 була эргодизирована, спостерігався перехід, подібний до H-моди. Цей перехід супроводжувався швидким наростанням щільності і спалахами світіння лінії Hα, подібними ELMам, спостерігався при зменшенні PNBI від 8 до 5MW. Такий Hmode подібний перехід спостерігався для густини плазми, що лежала в діапазоні 4-8x10¹³ cm⁻³ . ELM -подібні спалахи Hα 8 огли бути наслідком градієнта щільності поблизу поверхні 1/1. Інший напрямок досліджень – розряди на неоні й аргоні, що проводилися з метою збільшення потужності нагрівання на іон і одержання пікіруваних профілів густини. У результаті була отримана висока температура іонів (до 10 кэВ) з одночасним збільшенням швидкості тороідального обертання (~40км/с). Чітке зменшення теплопровідності іонів спостерігалося в аргонових розрядах з більшою швидкістю обертання в порівнянніз неоновими розрядами, де швидкість обертання була менше (< 10 км/c).

Значительные экспериментальные усилия на установке LHD были направлены на выяснение причин улучшения удержания в режимах, подобных H-моде или внутреннему транспортному барьеру (ITB), наблюдаемому на токамаках. Для смещённой наружу магнитной конфигурации (Rax=4.00m), когда область вблизи рациональной поверхности m/n=1/1 была эргодизирована, наблюдался переход, подобный H-моде. Этот переход сопровождался быстрым нарастанием плотности и вспышками свечения линии Hα, подобными ELMам, наблюдался при уменьшении PNBI от 8 до 5MW. Такой H-mode подобный переход наблюдался для плотности плазмы, лежавшей в диапазоне 4- 8x10¹³cm⁻³ . ELM –подобные вспышки Hα могли быть следствием градиента плотности вблизи поверхности 1/1. Другое направление исследований – разряды на неоне и аргоне, проводившиеся с целью увеличения мощности нагрева на ион и получения пикированных профилей плотности. В результате была получена высокая температура ионов (до 10 кэВ) с одновременным увеличением скорости тороидального вращения (~40kм/с). Чёткое уменьшение теплопроводности ионов наблюдалось в аргоновых разрядах с большей скоростью вращения по сравнению с неоновыми разрядами, где скорость вращения была меньше (< 10 kм/c).