Details

В ходе работы определен диапазон высот и ширин пьедестала, характерных для возникновения режима квазинепрерывного отвода тепла на токамаке Глобус-М2 в условиях разрядов со значениями тока плазмы Ip = 400 кА, тороидальным магнитным полем BT = 0.95 Тл и мощность нагрева P = 0.5–0.8 МВт. Для определения параметров пьедестала, при которых возникает данный режим, были найдены границы устойчивости идеальной баллонной и пилинг-баллонной мод. Граница устойчивости пилинг-баллонной моды определена с помощью кода BOUT++ в приближении одножидкостной магнитогидродинамики, а для определения границы устойчивости идеальной баллонной моды был написан код SFGM2, основанный на энергетическом принципе. Код SFGM2 был верифицирован кодом BOUT++, а также валидирован на данных разрядов №44174 и №44199. Верификация была выполнена на тестовом наборе данных плазмы с круглым сечением сетке. Такая геометрия сетки позволила исключить влияние геометрических факторов. Инкременты, вычисленные кодами BOUT++ и SFGM2 в точке с максимальным градиентом давления в экваториальной плоскости со стороны слабого магнитного поля, составили γ = 0.34 1/τA, τA – альфеновское время, для кода SFGM2, а для BOUT++ – γ = 0.39 1/τA. При этом наблюдалось качественное совпадение пространственных характеристик неустойчивости. Найденные границы устойчивости идеальной баллонной и пилинг-баллонной мод показали, что в условиях разрядов №44174 и №44199 операционное окно режима квазинепрерывного отвода тепла лежит в области параметров, уже достигающихся на установке. В условиях разряда №44174 режимное окно лежит в более широком диапазоне параметров, чем в условиях разряда №44199. Однако, в случае разряда №44199, точка, соответствующая экспериментально измеренным высоте и ширине пьедестала, попадает в операционное окно в диапазоне больших высот пьедестала, чем в случае разряда №44174. Поэтому условия разряда №44199 являются наиболее перспективными для воспроизведения на Глобус-М2.

Aforementioned study specifies range of pedestal height and width for quasi-continuous exhaust regime (QCE) observation under selected discharges conditions on Globus-M2 tokamak. The discharges have plasma current Ip=400 kA, toroidal magnetic field BT = 0.9 T, and heating power P=0.5-0.8 MW. The QCE operational window was defined by determining stability boundaries of the ideal ballooning and the peeling-ballooning modes. The peeling–ballooning mode stability boundary was calculated using the BOUT++ code in single-fluid MHD approximation, while the stability boundary of the ideal ballooning mode was determined using a code developed within the framework of my masters thesis, SFGM2, based on the energy principle. In order to benchmark SFGM2 for this problem, simulations were compared to the BOUT++ elm-pb linear case. Verification was carried out on a BOUT++ test grid. The circular grid geometry made it possible to exclude geometric effects. The growth rates calculated by the BOUT++ and SFGM2 codes were γ = 0.34 1/τA and γ = 0.39 1/τA, respectively. Both values were calculated at the point of maximum pressure gradient in the equatorial plane on the low-field side. Both codes showed agreement in the results, revealing perturbation growth and mode localization on the low-field side. The obtained stability boundaries of the ideal ballooning and peeling ballooning modes indicate that for discharges #44174 and #44199 the QCE operational window lies within parameter ranges already accessible on the Globus M2 tokamak. In case of discharge #44174, the operational window lies in a wider parameter range than in case of discharge #44199. However, for discharge #44199, the experimental point representing the pedestal height and width falls into the operational window at larger pedestal heights compared to the case of discharge #44174. Consequently, discharge #44199 offers the most favorable conditions for reproducing the regime on the Globus M2.