MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798383697368
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31557129
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aDuff,  Joseph  M.
■24510▼aSuppressing  Drift-Wave-Driven  Turbulence  With  Magnetic  Field  Shaping
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a249  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Hegna,  Chris  C.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2024.
■520    ▼aThe  interplay  between  magnetic  field  shaping  and  turbulent  transport  in  toroidal  magnetic  confinement  fusion  must  be  understood  to  design  new  devices  to  elevate  fusion  energy  to  a  competitive  solution  to  humanity's  energy  needs.  In  this  thesis,  the  turbulence  properties  of  both  axisymmetric  shaping  and  three-dimensional  shaping  of  magnetic  fields  that  are  local  to  a  flux  surface  were  studied  using  the  gyrokinetic  code  GENE.  Gyrokinetics  is  a  high-fidelity  model,  where  the  dimensionality  is  reduced  from  a  Vlasov-Maxwell  system  by  averaging  out  the  fast  gyromotion  of  the  charged  particles  in  the  plasma.The  effect  of  triangularity  and  sign  of  geodesic  curvature  Kx  on  ion-temperaturegradient  (ITG)-driven  turbulence  was  investigated,  covering  both  extreme  positive  and  negative  triangularities.  Triangularity  had  a  substantial  impact  on  linear  and  nonlinear  physics,  and  reversing  Kx  significantly  impacted  turbulence  saturation.  Negative  triangularity  reduced  peak  linear  growth  rates  and  broadened  the  growth  rate  spectrum  as  a  function  of  radial  wavenumber  kx.  Positive  triangularity  increased  peak  growth  rates  that  shifted  to  finite  kx  and  narrowed  the  growth  rate  spectrum.  Reversing  the  sign  of  Kx  slightly  lowered  linear  growth  rates,  except  for  δ  =  0.85,  where  the  growth  rates  decreased  significantly.  The  effect  of  triangularity  on  linear  instability  properties  at  low  perpendicular  wavenumbers  can  be  explained  through  its  impact  on  magnetic  polarization  and  curvature.  The  nonlinear  heat  flux  was  weakly  dependent  on  triangularity  for  −0.5  ≤  δ  ≤  0,  increasing  significantly  with  extreme  δ,  regardless  of  sign.  When  Kx  was  reversed,  the  heat  flux  decreased,  became  weakly  dependent  on  triangularity  for  |δ|  ≤  0.5,  and  decreased  significantly  at  extreme  triangularity,  regardless  of  sign.  Zonal  modes  play  an  important  role  in  nonlinear  saturation  for  the  configurations  studied,  and  artificially  suppressing  zonal  modes  increased  the  nonlinear  heat  flux  by  a  factor  of  at  least  two  and  a  half,  with  negative  triangularities  having  a  larger  increase.  When  Kx  was  reversed,  so  did  the  trend  of  heat  flux  ratios  with  triangularity.  Proxies  for  zonal-flow  damping  and  drive  suggest  that  zonal  flows  are  enhanced  with  increasing  positive  δ  in  both  Kx  scenarios.  Conventional  quasilinear  models  did  not  capture  the  nonlinear  heat  flux  trends,  but,  by  using  a  reduced  three-field  fluid  model  for  ITGs,  the  effect  of  unstable  modes  coupling  to  stable  modes  via  zonal  modes  was  added  to  the  quasilinear  model.  This  three-wave-interaction  corrected  quasilinear  model  was  only  able  to  capture  the  nonlinear  trends  in  triangularity  when  Kx  was  reversed.  The  failure  of  the  modified  quasilinear  model  to  estimate  the  nonlinear  trend  for  the  physical  equilibria  was  likely  due  to  the  nonlinear  heat  flux  spectra  extending  into  scales  where  the  fluid  model  is  not  valid.Optimizations  resulted  in  two  three-dimensionally-shaped  magnetic  configurations  with  suppressed  trapped-electron-mode  (TEM)-driven  turbulence.  Initial  equilibria  had  flux  surface  shapes  with  a  helically  rotating  negative  triangularity  (NT)  and  positive  triangularity  (PT).  The  optimization  targeted  quasihelical  symmetry  and  the  available  energy  of  trapped  electrons.  In  electron-temperature-gradientdriven  scenarios,  the  most  unstable  linear  modes  of  the  TEM-optimized  configurations  were  inconsistent  with  TEMs,  and  the  nonlinear  simulations  showed  no  significant  fluctuations  at  ion  scales.  When  a  density  gradient  was  present,  the  most  unstable  modes  at  low  ky  were  toroidal  universal  inabilities  (UIs)  in  the  NT  case  and  slab  UIs  in  the  PT  geometry.  Nonlinear  simulations  showed  that  UIs  drove  substantial  heat  flux  in  the  NT  and  PT  configurations.  Increasing  the  ratio  of  plasma  pressure  to  magnetic  pressure  to  β  =  4  x  10−3  significantly  reduced  linear  instability  at  low  ky,  halved  the  nonlinear  heat  flux  for  the  NT  case,  and  almost  completely  suppressed  the  turbulence  in  the  PT  configuration.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aPlasma  physics
■650  4▼aTheoretical  physics
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aNuclear  engineering
■653    ▼aMagnetic  field  shaping
■653    ▼aOptimization
■653    ▼aPlasma
■653    ▼aStellarators
■653    ▼aTokamak
■653    ▼aTurbulence
■690    ▼a0759
■690    ▼a0753
■690    ▼a0552
■690    ▼a0605
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-02B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163890▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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