MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798288881381
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32167739
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aFlesch,  Kurt.
■24510▼aNeutral  Fueling  and  Exhaust  in  the  Mega-Ampere  Spherical  Tokamak  With  Resonant  Magnetic  Perturbations
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a172  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Schmitz,  Oliver.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2025.
■520    ▼aProtecting  plasma-facing  components  from  damaging  amounts  of  heat  and  particle  fluxes  is  vital  for  the  development  of  fusion  power  plants.  Particularly  when  operating  in  H-mode,  high  levels  of  transient  plasma  fluxes  to  material  surfaces  are  expected  due  to  energy  and  particle  losses  from  a  plasma  instability  called  Edge  Localized  Modes  (ELM).  In  order  to  mitigate  ELMs,  small  amplitude  Resonant  Magnetic  Perturbation  (RMPs)  fields  are  used.  However,  they  induce  an  open  chaotic  edge  layer  and  a  3D  shape  of  the  plasma  boundary.  It  is  observed  that  in  this  new  edge  condition,  ELM  suppression  by  RMPs  is  accompanied  by  a  reduction  in  plasma  density,  called  particle  pump-out.  The  cause  of  this  particle  pump-out  was  studied  in  this  work  through  analysis  of  both  experimental  data  and  simulation  modeling.  For  experiments,  the  Mega-Ampere  Spherical  Tokamak  (MAST)  was  used  and  the  modeling  was  conducted  with  the  fully  3D  fluid  plasma  edge  and  kinetic  neutral  transport  code  EMC3-EIRENE.  We  consider  both  an  H-mode  scenario  as  well  as  an  low  confinement  L-mode  scenario  at  MAST,  in  order  to  investigate  if  there  is  a  universal  underlying  mechanism  that  drives  the  pump-out.  As  a  first  step,  a  single  reservoir  balance  model  was  applied  to  these  2  experimental  scenarios.  This  model  equates  rate  of  change  of  the  total  number  of  plasma  particles  in  the  confined  volume  to  the  particle  sources  and  sinks.  In  this  case,  the  source  is  the  ionization  processes  that  fuel  the  plasma.  This  particle  source  rate  must  be  very  well  defined  to  use  in  the  particle  balance  and  was  determined  from  measured  Dα  emission  in  the  plasma  edge  and  the  local  plasma  conditions.  To  account  for  any  stray  reflected  light  that  did  not  come  from  the  edge,  a  virtual  diagnostic  was  made  using  the  CHERAB  code  which  found  only  approximately  3.5%  of  the  light  came  from  reflections.  Calculating  the  fueling  rate  supports  that  particle  fueling  is  increased  as  the  RMPs  were  applied.  This  implies  within  the  single  reservoir  particle  balance  that  the  average  particle  confinement  time  in  the  plasma  decreased  by  15%  in  the  L-mode  scenario  and  10%  in  the  H-mode. This  first  analysis  suggests  that  the  density  drop  is  caused  by  a  loss  of  confinement  and  not  a  reduced  particle  source.  To  investigate  the  role  of  the  particle  source  in  detail,  a  multi-reservoir  particle  balance  model  was  used.  This  model  includes  reservoirs  for  the  plasma,  atoms,  molecules,  and  wall  particles  with  typical  residing  times  and  has  terms  for  interactions  among  all  of  them.  The  terms  for  the  wall  surface  interaction  and  molecular  dissociation  terms  were  modified  from  those  originally  included  in  the  model.  Results  from  the  model  were  able  to  match  well  when  compared  to  the  experimental  values  of  plasma  density,  Dα  emission,  and  neutral  pressure.  The  remaining  free  term  in  the  particle  balance  after  this  step  was  the  fueling  efficiency.  To  test  whether  a  change  in  efficiency  could  explain  the  particle  pump-out,  a  15%  drop  in  fueling  efficiency  was  introduced  in  the  multi-reservoir  model  for  the  L-mode  scenario  when  the  RMPs  were  applied  and  10%  drop  for  the  H-mode  and  the  confinement  time  was  raised  to  match  the  unperturbed  cases.  The  results  for  density,  Dα  emission,  and  pressure  with  a  decreased  fueling  efficiency  were  nearly  identical  to  the  results  with  the  decreased  confinement  time,  indicating  that  due  to  the  global  nature  and  approximations  used  in  this  model,  a  change  in  confinement  or  a  change  in  particle  fueling  source  efficiency  would  be  indistinguishable.  In  order  to  parse  this  difference  farther,  the  EMC3-EIRENE  code  was  used  to  model  these  scenarios  and  inspect  the  impact  of  the  3-D  nature  of  the  magnetic  structure  of  the  open  chaotic  layer  on  the  particle  fueling  efficiency.  By  following  field  lines  in  the  edge  of  the  plasma,  it  was  seen  that  regions  of  the  plasma  where  ionzations  occur  that  were  previously  on  good  flux  surfaces  now  occur  on  open  chaotic  field  lines  with  direct  connections  to  the  divertor  targets.  The  ionization  source  and  flow  velocities  in  these  regions  have  the  same  characteristics  as  the  unperturbed  Scrape  Off  Layer  (SOL),  or  a  slightly  extended  SOL.  By  following  field  lines  100  m  from  the  divertor  surfaces,  the  length  of  this  new  extended  SOL  in  the  chaotic  region,  a  new  volume  of  the  simulation  domain  can  be  determined  where  the  particle  transport  is  dominated  by  parallel  convection,  and  therefore  ionizations  occurring  on  these  open  field  lines  cannot  contribute  to  the  confined  plasma.  The  connection  length  to  define  this  open  volume  was  constrained  based  on  a  3D  analysis  of  the  finite  plasma  flows  towards  the  target  in  terms  of  the  Mach  number  in  the  EMC3-EIRENE  solution.  From  this  analysis,  a  fueling  efficiency  was  determined  by  comparing  the  fueling  within  the  confined  plasma  in  the  axisymmetric  cases  to  the  RMP  cases  where  the  confined  volume  was  constrained  by  this  physics  based  approach  to  defining  the  new  SOL  with  direct  connection  to  the  divertor.  This  showed  a  decrease  in  the  fueling  efficiency  when  RMPs  are  applied  of  21%  for  H-mode  and  12%  for  L-mode  because  of  the  existence  of  the  new  SOL  layer  formed  by  the  open  chaotic  field  domain.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aPlasma  physics
■650  4▼aNuclear  physics
■650  4▼aNuclear  engineering
■650  4▼aParticle  physics
■653    ▼aFusion  energy
■653    ▼aResonant  Magnetic  Perturbation
■653    ▼aMega-Ampere  Spherical  Tokamak
■653    ▼aEdge  Localized  Modes
■653    ▼aScrape  Off  Layer  
■690    ▼a0759
■690    ▼a0552
■690    ▼a0756
■690    ▼a0798
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bNuclear  Engineering  &  Engineering  Physics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358947▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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