Effect of energetic ions on edge-localized modes in tokamak plasmas

期刊论文
出版模式：

开放获取
发表日期：

2025年1月6日

查看全文

J. Dominguez-Palacios,
S. Futatani,
M. Garcia-Munoz,
A. Jansen van Vuuren,
E. Viezzer,
J. Gonzalez-Martin,
M. Toscano-Jimenez,
P. Oyola,
Y. Todo,
Y. Suzuki,
L. Sanchis,
J. Rueda-Rueda,
J. Galdon-Quiroga,
J. Hidalgo-Salaverri,
H. Chen,
J. F. Rivero-Rodriguez,
L. Velarde,
E. Alessi,
C. Angioni,
N. Arden,
V. Artigues,
M. Astrain Etxezarreta,
O. Asunta,
M. Balden,
V. Bandaru,
A. Banon Navarro,
M. Bauer,
A. Bergmann,
M. Bergmann,
J. Bernardo,
M. Bernert,
A. Biancalani,
R. Bielajew,
R. Bilato,
G. Birkenmeier,
T. Blanken,
V. Bobkov,
A. Bock,
L. Bock,
T. Body,
T. Bolzonella,
N. Bonanomi,
A. Bortolon,
B. Böswirth,
C. Bottereau,
A. Bottino,
H. van den Brand,
M. Brenzke,
S. Brezinsek,
D. Brida,
F. Brochard,
J. Buchanan,
A. Buhler,
A. Burckhart,
Y. Camenen,
B. Cannas,
P. Cano Megas,
D. Carlton,
M. Carr,
P. Carvalho,
C. Castaldo,
A. Castillo Castillo,
A. Cathey,
M. Cavedon,
C. Cazzaniga,
C. Challis,
A. Chankin,
A. Chomiczewska,
C. Cianfarani,
F. Clairet,
S. Coda,
R. Coelho,
J. W. Coenen,
L. Colas,
G. Conway,
S. Costea,
D. Coster,
T. Cote,
A. J. Creely,
G. Croci,
D. J. Cruz Zabala,
G. Cseh,
I. Cziegler,
O. D’Arcangelo,
A. Dal Molin,
P. David,
C. Day,
M. de Baar,
P. de Marné,
R. Delogu,
P. Denner,
A. Di Siena,
M. Dibon,
J. J. Dominguez-Palacios Durán,
D. Dunai,
M. Dreval,
M. Dunne,
B. P. Duval,
R. Dux,
T. Eich,
S. Elgeti,
A. Encheva,
B. Esposito,
E. Fable,
M. Faitsch,
D. Fajardo Jimenez,
U. Fantz,
M. Farnik,
H. Faugel,
F. Felici,
O. Ficker,
A. Figueredo,
R. Fischer,
O. Ford,
L. Frassinetti,
M. Fröschle,
G. Fuchert,
J. C. Fuchs,
H. Fünfgelder,
S. Futatani,
K. Galazka,
D. Gallart Escolà,
A. Gallo,
Y. Gao,
S. Garavaglia,
B. Geiger,
L. Giannone,
S. Gibson,
L. Gil,
E. Giovannozzi,
I. Girka,
O. Girka,
T. Gleiter,
S. Glöggler,
M. Gobbin,
J. C. Gonzalez,
T. Goodman,
G. Gorini,
T. Görler,
D. Gradic,
G. Granucci,
A. Gräter,
G. Grenfell,
H. Greuner,
M. Griener,
M. Groth,
O. Grover,
A. Gude,
L. Guimarais,
S. Günter,
D. Hachmeister,
A. H. Hakola,
C. Ham,
T. Happel,
N. den Harder,
G. Harrer,
J. Harrison,
V. Hauer,
T. Hayward-Schneider,
B. Heinemann,
P. Heinrich,
T. Hellsten,
S. Henderson,
P. Hennequin,
M. Herschel,
S. Heuraux,
A. Herrmann,
E. Heyn,
F. Hitzler,
J. Hobirk,
K. Höfler,
S. Hörmann,
J. H. Holm,
M. Hölzl,
C. Hopf,
L. Horvath,
T. Höschen,
A. Houben,
A. Hubbard,
A. Huber,
K. Hunger,
V. Igochine,
M. Iliasova,
J. Illerhaus,
K. Insulander Björk,
C. Ionita-Schrittwieser,
I. Ivanova-Stanik,
W. Jacob,
N. Jaksic,
F. Jaulmes,
F. Jenko,
T. Jensen,
E. Joffrin,
A. Kallenbach,
J. Kalis,
A. Kappatou,
J. Karhunen,
C.-P. Käsemann,
S. Kasilov,
Y. Kazakov,
A. Kendl,
W. Kernbichler,
E. Khilkevitch,
M. Kircher,
A. Kirk,
S. Kjer Hansen,
V. Klevarova,
F. Klossek,
G. Kocsis,
M. Koleva,
M. Komm,
M. Kong,
A. Krämer-Flecken,
M. Krause,
I. Krebs,
A. Kreuzeder,
K. Krieger,
O. Kudlacek,
D. Kulla,
T. Kurki-Suonio,
B. Kurzan,
B. Labit,
K. Lackner,
F. Laggner,
A. Lahtinen,
P. Lainer,
P. T. Lang,
P. Lauber,
L. Leppin,
E. Lerche,
N. Leuthold,
L. Li,
J. Likonen,
O. Linder,
H. Lindl,
B. Lipschultz,
Y. Liu,
Z. Lu,
T. Luda di Cortemiglia,
N. C. Luhmann,
T. Lunt,
A. Lyssoivan,
T. Maceina,
J. Madsen,
A. Magnanimo,
H. Maier,
J. Mailloux,
R. Maingi,
O. Maj,
E. Maljaars,
V. Maquet,
A. Mancini,
A. Manhard,
P. Mantica,
M. Mantsinen,
P. Manz,
M. Maraschek,
C. Marchetto,
M. Markl,
L. Marrelli,
P. Martin,
F. Matos,
M. Mayer,
P. J. McCarthy,
R. McDermott,
G. Meng,
R. Merkel,
A. Merle,
H. Meyer,
M. Michelini,
D. Milanesio,
V. Mitterauer,
P. Molina Cabrera,
M. Muraca,
F. Nabais,
V. Naulin,
R. Nazikian,
R. D. Nem,
R. Neu,
A. H. Nielsen,
S. K. Nielsen,
T. Nishizawa,
M. Nocente,
I. Novikau,
S. Nowak,
R. Ochoukov,
J. Olsen,
O. Pan,
G. Papp,
A. Pau,
G. Pautasso,
C. Paz-Soldan,
M. Peglau,
E. Peluso,
P. Petersson,
C. Piron,
U. Plank,
B. Plaum,
B. Plöckl,
V. Plyusnin,
G. Pokol,
E. Poli,
A. Popa,
L. Porte,
J. Puchmayr,
T. Pütterich,
L. Radovanovic,
M. Ramisch,
J. Rasmussen,
G. Ratta,
S. Ratynskaia,
G. Raupp,
A. Redl,
D. Réfy,
M. Reich,
F. Reimold,
D. Reiser,
M. Reisner,
D. Reiter,
B. Rettino,
T. Ribeiro,
D. Ricci,
R. Riedl,
J. Riesch,
J. F. Rivero Rodriguez,
G. Rocchi,
P. Rodriguez-Fernandez,
V. Rohde,
G. Ronchi,
M. Rott,
M. Rubel,
D. A. Ryan,
F. Ryter,
S. Saarelma,
M. Salewski,
A. Salmi,
O. Samoylov,
L. Sanchis Sanchez,
J. Santos,
O. Sauter,
G. Schall,
A. Schlüter,
J. Scholte,
K. Schmid,
O. Schmitz,
P. A. Schneider,
R. Schrittwieser,
M. Schubert,
C. Schuster,
N. Schwarz,
T. Schwarz-Selinger,
J. Schweinzer,
F. Sciortino,
O. Seibold-Benjak,
A. Shabbir,
A. Shalpegin,
S. Sharapov,
U. Sheikh,
A. Shevelev,
G. Sias,
M. Siccinio,
B. Sieglin,
A. Sigalov,
A. Silva,
C. Silva,
D. Silvagni,
J. Simpson,
S. Sipilä,
A. Snicker,
E. Solano,
C. Sommariva,
C. Sozzi,
M. Spacek,
G. Spizzo,
M. Spolaore,
A. Stegmeir,
M. Stejner,
D. Stieglitz,
J. Stober,
U. Stroth,
E. Strumberger,
G. Suarez Lopez,
W. Suttrop,
T. Szepesi,
B. Tál,
T. Tala,
W. Tang,
G. Tardini,
M. Tardocchi,
D. Terranova,
M. Teschke,
E. Thorén,
W. Tierens,
D. Told,
W. Treutterer,
G. Trevisan,
M. Tripský,
P. Ulbl,
G. Urbanczyk,
M. Usoltseva,
M. Valisa,
M. Valovic,
M. van Zeeland,
F. Vannini,
B. Vanovac,
P. Varela,
S. Varoutis,
T. Verdier,
G. Verdoolaege,
N. Vianello,
J. Vicente,
T. Vierle,
I. Voitsekhovitch,
U. von Toussaint,
D. Wagner,
X. Wang,
M. Weiland,
D. Wendler,
A. E. White,
M. Willensdorfer,
B. Wiringer,
M. Wischmeier,
R. Wolf,
E. Wolfrum,
Q. Yang,
C. You,
Q. Yu,
R. Zagorski,
I. Zammuto,
T. Zehetbauer,
W. Zhang,
W. Zholobenko,
A. Zibrov,
M. Zilker,
C. F. B. Zimmermann,
A. Zito,
H. Zohm,
S. Zoletnik,
G. F. Harrer,
M. G. Dunne,
R. Maurizio,
H. Meyer,
S. Saarelma,
J. Adamek,
M. Agostini,
D. Aguiam,
R. Akers,
R. Albanese,
C. Albert,
R. Ambrosino,
Y. Andrèbe,
G. Apruzzese,
M. Aradi,
H. Arnichand,
F. Auriemma,
G. Avdeeva,
J. M. Ayllon-Guerola,
F. Bagnato,
V. K. Bandaru,
M. Barnes,
L. Barrera-Orte,
P. Bettini,
O. Biletskyi,
P. Bilkova,
W. Bin,
P. Blanchard,
D. Boeyaert,
K. Bogar,
O. Bogar,
P. Bohm,
F. Bombarda,
L. Boncagni,
F. Bouquey,
C. Bowman,
D. Brunetti,
J. Bucalossi,
J. Buchanan,
J. Buermans,
H. Bufferand,
S. Buller,
P. Buratti,
G. Calabrò,
L. Calacci,
P. Cano Megías,
D. Carnevale,
F. Carpanese,
M. Carr,
D. Carralero,
L. Carraro,
A. Casolari,
F. Causa,
M. Cavedon,
M. Cecconello,
S. Ceccuzzi,
J. Cerovsky,
S. Chapman,
P. Chmielewski,
D. Choi,
G. Ciraolo,
D. Colette,
L. Cordaro,
F. Cordella,
G. Cseh,
A. Czarnecka,
O. D’Arcangelo,
A. Dal Molin,
G. De Carolis,
H. De Oliveira,
J. Decker,
R. Dejarnac,
N. den Harder,
M. Dimitrova,
F. Dolizy,
J. J. Domínguez-Palacios Durán,
D. Douai,
A. Drenik,
B. Dudson,
D. Dunai,
S. Elmore,
O. Embréus,
B. Erdõs,
A. Fanni,
I. Faust,
J. Faustin,
N. Fedorczak,
S. Feng,
X. Feng,
J. Ferreira,
G. Ferrò,
O. Février,
L. Figini,
A. Figueiredo,
A. Fil,
M. Fontana,
M. Francesco,
C. Fuchs,
L. Gabellieri,
D. Gadariya,
D. Gahle,
D. Galassi,
S. Galeani,
D. Gallart,
A. Gallo,
C. Galperti,
J. Garcia,
J. Garcia-Lopez,
L. Garzotti,
J. Gath,
B. Geiger,
L. Giacomelli,
S. Gibson,
G. Giruzzi,
J. Gonzalez-Martin,
T. P. Goodman,
M. Gospodarczyk,
D. Grekov,
G. Grenfell,
M. Groth,
O. Grover,
M. Gruca,
T. Gyergyek,
P. Hacek,
A. Hakola,
C. Ham,
J. Harrison,
A. Havranek,
J. Hawke,
S. Henderson,
L. Hesslow,
F. Hitzler,
B. Hnat,
M. Hoelzl,
D. Hogeweij,
M. Hoppe,
J. Horacek,
M. Hron,
Z. Huang,
A. Iantchenko,
D. Iglesias,
P. Innocente,
H. Isliker,
A. Jacobsen,
M. Jakubowski,
F. Janky,
A. Jardin,
T. Jonsson,
A. Karpushov,
S. Kasilov,
P. V. Kazantzidis,
D. Keeling,
M. Kelemen,
W. Kernbichler,
A. Kirk,
G. Kocsis,
V. Korovin,
M. Koubiti,
J. Kovacic,
N. Krawczyk,
L. Kripner,
A. Křivská,
Y. Kulyk,
T. Kurki-Suonio,
R. Kwiatkowski,
F. Laggner,
L. Laguardia,
A. Lahtinen,
P. Lang,
F. Liu,
R. Lombroni,
R. Lorenzini,
V. P. Loschiavo,
E. Macusova,
R. Maggiora,
B. Maljaars,
P. Manas,
M. J. Mantsinen,
P. Manz,
V. Marchenko,
C. Marchetto,
A. Mariani,
C. Marini,
T. Markovic,
J. R. Martín Solís,
A. Martitsch,
S. Mastrostefano,
F. Matos,
G. Matthews,
M. -L. Mayoral,
D. Mazon,
C. Mazzotta,
P. Mc Carthy,
K. McClements,
B. Mcmillan,
C. Meineri,
V. Menkovski,
D. Meshcheriakov,
M. Messmer,
D. Micheletti,
D. Milanesio,
F. Militello,
I. G. Miron,
J. Mlynar,
V. Moiseenko,
P. A. Molina Cabrera,
J. Morales,
J. -M. Moret,
A. Moro,
D. Moulton,
D. Naydenkova,
F. Nespoli,
S. Newton,
V. Nikolaeva,
M. Oberkofler,
P. Ollus,
J. Omotani,
J. Ongena,
F. Orain,
F. P. Orsitto,
R. Paccagnella,
A. Palha,
L. Panaccione,
R. Panek,
M. Panjan,
I. Paradela Perez,
F. Parra,
M. Passeri,
A. Pau,
R. Pavlichenko,
A. Perek,
V. Pericoli Radolfini,
F. Pesamosca,
M. Peterka,
V. Petrzilka,
V. Piergotti,
L. Pigatto,
P. Piovesan,
L. Piron,
G. Pokol,
P. Pölöskei,
T. Popov,
Z. Popovic,
G. Pór,
G. Pucella,
M. E. Puiatti,
M. Rabinski,
J. Juul Rasmussen,
G. A. Rattá,
T. Ravensbergen,
D. Réfy,
H. Reimerdes,
F. Reimold,
C. Reux,
S. Reznik,
N. Rispoli,
G. Rocchi,
M. Rodriguez-Ramos,
A. Romano,
J. Rosato,
G. Rubinacci,
G. Rubino,
D. A. Ryan,
A. Salmi,
D. Samaddar,
L. Sanchis-Sanchez,
K. Särkimäki,
M. Sassano,
R. Scannell,
M. Scheffer,
B. S. Schneider,
P. Schneider,
J. Seidl,
E. Seliunin,
S. Sharapov,
R. R. Sheeba,
S. Sipilä,
S. Smith,
A. Snicker,
E. R. Solano,
S. K. Hansen,
C. Soria-Hoyo,
E. Sorokovoy,
A. Sperduti,
L. Stipani,
P. Strand,
H. Sun,
D. Sytnykov,
T. Szepesi,
B. Tál,
A. Teplukhina,
D. Testa,
C. Theiler,
A. Thornton,
B. Tilia,
P. Tolias,
M. Tomes,
C. Tsironis,
C. Tsui,
O. Tudisco,
J. Urban,
M. Vallar,
P. Vallejos Olivares,
M. Valovic,
D. Van Vugt,
B. Vanovac,
J. Varje,
J. Varju,
S. Vartanian,
O. Vasilovici,
J. Vega,
G. Verdoolaege,
K. Verhaegh,
L. Vermare,
F. Villone,
I. Voitsekhovitch,
D. Voltolina,
P. Vondracek,
N. M. T. Vu,
N. Walkden,
T. Wauters,
V. Weinzettl,
M. Wensing,
S. Wiesen,
M. Wiesenberger,
G. Wilkie,
K. Wu,
L. Xiang,
D. Zaloga,
P. Zanca,
R. Zaplotnik,
J. Zebrowski,
W. Zhang,
A. Zisis,
S. Zoletnik,
M. Zuin

摘要

The most efficient and promising operational regime for the International Thermonuclear Experimental Reactor tokamak is the high-confinement mode. In this regime, however, periodic relaxations of the plasma edge can occur. These edge-localized modes pose a threat to the integrity of the fusion device. Here we reveal the strong impact of energetic ions on the spatio-temporal structure of edge-localized modes in tokamaks using nonlinear hybrid kinetic–magnetohydrodynamic simulations. A resonant interaction between the fast ions at the plasma edge and the electromagnetic perturbations from the edge-localized mode leads to an energy and momentum exchange. Energetic ions modify, for example, the amplitude, frequency spectrum and crash timing of edge-localized modes. The simulations reproduce some observations that feature abrupt and large edge-localized mode crashes. The results indicate that, in the International Thermonuclear Experimental Reactor, a strong interaction between the fusion-born alpha particles and ions from neutral beam injection, a main heating and fast particle source, is expected with predicted edge-localized mode perturbations. This work advances the understanding of the physics underlying edge-localized mode crashes in the presence of energetic particles and highlights the importance of including energetic ion kinetic effects in the optimization of edge-localized mode control techniques and regimes that are free of such modes.