Kinetic ballooning modes as a constraint on plasma triangularity in commercial spherical tokamaks

托卡马克 膨胀 等离子体 物理 大气压等离子体 不稳定性 机械 安全系数 磁聚变 聚变能 边缘稳定性 回旋动理学 热核聚变 核物理学
作者
R. E. Davies,David Dickinson,H. R. Wilson
出处
期刊:Plasma Physics and Controlled Fusion [IOP Publishing]
卷期号:64 (10): 105001-105001 被引量:6
标识
DOI:10.1088/1361-6587/ac8615
摘要

Abstract To be economically competitive, spherical tokamak (ST) power plant designs require a high β (plasma pressure/magnetic pressure) and sufficiently low turbulent transport to enable steady-state operation. A novel approach to tokamak optimisation is for the plasma to have negative triangularity, with experimental results indicating this reduces transport. However, negative triangularity is known to close access to the ‘second stability’ region for ballooning modes, and thus impose a hard β limit. Second stability access is particularly important in ST power plant design, and this raises the question as to whether negative triangularity is feasible. A linear gyrokinetic study of three hypothetical high β ST equilibria is performed, with similar size and fusion power in the range 500–800 MW. By closing the second stability window, the negative triangularity case becomes strongly unstable to long-wavelength kinetic ballooning modes (KBMs) across the plasma, likely driving unacceptably high transport. By contrast, positive triangularity can completely avoid the ideal ballooning unstable region whilst having reactor-relevant β , provided the on-axis safety factor is sufficiently high. Nevertheless, the dominant instability at long wavelength still appears to be the KBM, though it could be stabilised by flow shear.

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