Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences68374810.31857/S0367292124120044EFEFPWTOKAMAKSТОКАМАКИResearch ArticleHeat and particle transport simulation in COMPASS and T-10 tokamaks with the canonical profile transport modelМоделирование переноса тепла и частиц в токамаках COMPASS и Т-10 с помощью транспортной модели канонических профилейDanilovA. V.ДаниловА. В.
Russian Federation
danilov_AV@nrcki.ruDnestrovskijYu. N.ДнестровскийЮ. Н.
Russian Federation
nrcki@nrcki.ruMelnikovA. V.МельниковА. В.
Russian Federation
nrcki@nrcki.ruEliseevL. G.ЕлисеевЛ. Г.
Russian Federation
nrcki@nrcki.ruLysenkoS. E.ЛысенкоС. Е.
Russian Federation
lysenko_SE@nrcki.ruCherkasovS. V.ЧеркасовС. В.
Russian Federation
nrcki@nrcki.ruNational Research Centre “Kurchatov Institute”НИЦ “Курчатовский институт”National Research Nuclear University MEPHIНациональный ядерный университет МИФИMoscow Institute of Physics and TechnologyМосковский физико-технический институт (НИУ)2712202450121455146410062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/683748

The results of heat and particle transport simulations for ohmic plasma in the T-10 tokamak with a circular limiter and for D-shaped plasma in the COMPASS tokamak with a divertor are presented. In addition, the H-mode with ohmic heating and with additional heating by the neutral beam injection (NBI) in the COMPASS was simulated. The simulations were carried out with the Canonical profile transport model (CPTM) using the ASTRA code. The obtained electron temperature and density profiles agree with the measured ones with standard deviations within the experimental accuracy of 10–15%. The calculations demonstrated very similar density profiles in the H-mode both with the ohmic and with additional NBI heating. The electron temperature profiles in the H-mode with additional heating have higher pedestals than in the ohmic H-mode, that agree with the measurements. The comparison showed that the ohmic regimes in COMPASS and T-10 can be described by the same stiffness coefficients in the heat and particle transport equations.

Представлены результаты моделирования переноса тепла и частиц плазмы, получаемой в режиме омического нагрева в токамаке Т-10 с круглым лимитером и D-образной плазмы с дивертором в токамаке COMPASS. Проведено моделирование в режиме H-моды с омическим нагревом плазмы и при ее дополнительном нагреве в результате инжекции нейтрального пучка (NBI) в токамаке COMPASS. Моделирование осуществлялось с помощью Транспортной модели канонических профилей (ТМКП) с использованием кода ASTRA. Полученные радиальные профили электронной температуры и плотности плазменного шнура согласуются с измеренными со среднеквадратичными отклонениями в пределах точности эксперимента 10–15٪. Расчеты продемонстрировали весьма схожие профили плотности плазмы, как в омическом режиме, так и при дополнительном NBI-нагреве в H-моде. Профили электронной температуры в H-моде с дополнительным нагревом имеют более высокие пьедесталы, чем в омической H-моде, что согласуется с измерениями. Сравнение показало, что омические режимы в COMPASS и Т-10 можно описать одинаковыми коэффициентами жесткости в уравнениях переноса тепла и частиц в плазме.

Transport analysisCanonical profiles transport modelT-10COMPASStokamakанализ переносатранспортная модель канонических профилейтокамакТ-10COMPASSПравительство РФGovernment of the Russian FederationРоссийский научный фондRussian Science Foundation23-72-00042Coppi B. // Plasma Phys. Control. Fusion. 1980. V. 5. P. 261.Hsu J.Y., Chu M.S. // Phys. Fluids. 1987. V. 30. P. 1221.Кадомцев Б.Б. // Физика плазмы. 1987. Т. 13. С. 771.//Kadomtsev B.B. // Sov. J. Plasma Phys. 1987. V. 13. P. 443.Dnestrovskij Yu.N., Pereverzev G.V. // Plasma Phys. Control. Fusion. 1988. V. 30. P. 1417.Dnestrovskij Yu.N., Berezovskij E.L., Lysenko S.E., Pivinskij A.A. and Tarasyan K.N. // Nucl. Fusion. 1991. V. 31. P. 1877.Dnestrovskij Yu.N., Razumova K.A., Donné A.J.H., Hogeweij G.M.D., Andreev V.F., Bel’bas I.S., Cherkasov S.V., Danilov A.V., Dnestrovskij A.Yu., Lysenko S.E., Spakman G.W., and Walsh M. // Nucl. Fusion. 2006. V. 46. P. 953.Melnikov A.V., Eliseev L.G., Pastor I., Herranz J., Hidalgo C., Fujisawa A., Minami Т., Razumova K.A., Dnestrovskij Yu.N., Lysenko S.E., Spakman G.W. and Walsh M. Pressure profile shape constancy in L-mode stellarator plasma. Proc. 34th EPS Conference on plasma physics, 2–6 July 2007, Warshaw, ECA. V. 31F. P-2.060. http://ocs.ciemat.es/EPS2007PAP/pdf/P2.060.pdfDnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Pustovitov V.D. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2009. V. 51. P. 015010.Diamond P.H., Itoh S.-I., Itoh K., Hahm T.S. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. V. 47. P. R35–R161.Melnikov A.V. // Nature Phys. 2016. V. 12. P. 386.Саранча Г.А., Елисеев Л.Г., Мельников А.В., Хабанов Ф.О., Харчев Н.К. // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 116. № 2. С. 96–102.//Sarancha G.A., Eliseev L.G., Khabanov Ph.O., Kharchev N.K., Melnikov A.V. // JETP Letters. 2022. V. 116. P. 98–104. DOI:10.1134/S0021364022601178.Vershkov V.A., Shelukhin D.A., Subbotin G.F., Dnestrovskij Yu.N., Danilov A.V., Melnikov A.V., Eliseev L.G., Maltsev S.G., Gorbunov E.P., Sergeev D.S. et al. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 063014.Andreev V.F., Borschegovskij A.A., Chistyakov V.V., Dnestrovskij Yu.N., Gorbunov E.P., Kasyanova N.V., Lysenko S.E., Melnikov A.V., Myalton T.B., Roy I.N. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2016. V. 58. P. 055008.Melnikov A.V., Vershkov V.A., Eliseev L.G., Grashin S.A., Gudozhnik A.V., Krupnik L.I., Lysenko S.E., Mavrin V.A., Perfilov S.V., Shelukhin D.A., Soldatov S.V., Ufimtsev M.V., Urazbaev A.O., Van Oost G. and Zimeleva L.G. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2006. V. 48. P. S87.Seidl J., Krbec J., Hron M., Adamek J., Hidalgo C., Markovic T., Melnikov A.V., Stockel J., Weinzettl V., Aftanas M., Bilkova P., Bogar O., Bohm P., Eliseev L.G., et al. // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 126048.Melnikov A.V., Krupnik L.I., Eliseev L.G., Barcala J.M., Bravo A., Chmyga A.A., Deshko G.N., Drabinskij M.A., Hidalgo C., Khabanov P.O., Khrebtov S.M., Kharchev N.K., Komarov A.D., Kozachek A.S., Lopez J., Lysenko S.E., Martin G., Molinero A., de Pablos J.L., Soleto A., Ufimtsev M.V., Zenin V.N., Zhezhera A.I. // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 072004.Kim C.B. // J. Plasma Phys. 2020. V. 86. P. 905860315.Белокуров А.А., Абдуллина Г.И., Аскинази Л.Г., Буланин В.В., Жубр Н.А., Корнев В.А., Крикунов С.В., Лебедев С.В., Петров А.В., Разуменко Д.В. // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45. № 15. С. 42–46.//Belokurov A.A., Abdullina G.I., Askinazi L.G., Bulanin V.V., Zhubr N.A., Kornev V.A., Krikunov S.V., Lebedev S.V., Petrov A.V., Razumenko D.V., Tukachinsky A.S., and Yashin A.Yu. // Technical Phys. Lett. 2019. V. 45. P. 783.Gurchenko A.D. Gusakov E.Z., Niskala P., Altukhov A.B., Esipov L.A., Kiviniemi T.P., Kouprienko D.V., Kantor M.Yu., Lashkul S.I., Leerink S. // EPL. 2015. V. 110. P. 55001.Pereverzev G.V., Yushmanov P.N. ASTRA: Automated System for Transport Analysis in a Tokamak // Preprint IPP 5/98. Garching, Germany, 2002.NUBEAM NTCC Module Documentation https://w3.pppl.gov/~pshare/help/nubeam.htmDnestrovskij Yu.N., Connor J.W., Cherkasov S.V., Danilov A.V., Dnestrovskij A.Yu., Lysenko S.E., Roach C.M. and Walsh M. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2007. V. 49. P. 1477.Dnestrovskij Yu.N. Self-Organization of Hot Plasmas // Springer International Publishing, Switzerland, 2015.//Днестровский Ю.Н. Самоорганизация горячей плазмы. М.: НИЦ “Курчатовский институт”, 2013. 172 с.Danilov A.V., Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Cherkasov S.V., Eliseev L.G., Dnestrovskij A.Yu., Lysenko S.E., Subbotin G.F., Vershkov V.A., Havlíček J., Urban J., Stöckel J., Bílková P., Böhm P., Šos M., Hron M., Komm M., Pánek R. et al. Heat and particle transport simulation in COMPASS and T-10 with Canonical Profiles Transport Model // Proc. 45th EPS Conf. on Plasma Physics, 2–6 July 2018, Prague, Czech Republic, ECA. V. 42A. P5.1088. http://ocs.ciemat.es/EPS2018PAP/pdf/P5.1088.pdfДнестровский Ю.Н., Грязневич М.П., Днестровский А.Ю., Коннор Дж.В., Лысенко С.Е., Тарасян К.Н., Черкасов С.В., Уолш М.Дж. // Физика плазмы. 2000. Т. 26. С. 579–589.//Dnestrovskij Yu.N., Gryaznevich M.P., Dnestrovskij A.Yu., Connor J.W., Lysenko S.E., Tarasyan K.N., Cherkasov S.V., and Walsh M.J. // Plasma Phys. Rep. 2000. V. 26. P. 539.Kurskiev G.S., Miroshnikov I.V., Sakharov N.V., Gusev V.K., Petrov Yu.V., Minaev V.B., Balachenkov I.M., Bakharev N.N., Chernyshev F.V., Goryainov V. Yu. et al. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. P. 104002.Касьянова Н.В., Днестровский Ю.Н., Мельников А.В. // Физика плазмы. 2024. Т. 50. C. 283.//Kasyanova N.V., Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 322. DOI: 10.1134/S1063780X24600208.Melnikov A.V., Sushkov A.V., Belov A.M., Dnestrovskij Yu.N., Eliseev L.G., Ivanov D.P., Kirneva N.A., Korobov K.V., Krupin V.A., Lysenko S.E., Mukhovatov V.S., Mustafin N.A. et al. // Fusion Eng. Design. 2015. V. 96–97. P. 306. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920379615301095Леонов В.М. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2016. Т. 39. № 3. С. 73.Seidl J., Hron M., Adamek J., Vondracek P., Horacek J., Hidalgo C., Melnikov A., Eliseev L., Markovic T., Stöckel J., Basu D., Hacek P., Havlicek J., Imríšek M., Kovarik K., Weinzett V., Panek R. and COMPASS Team. Observation of geodesic acoustic mode-like oscillations on COMPASS // Proc. 42th EPS Conference on plasma physics, 22–26 June 2015, Lisbon, ECA, V. 39E. P-4.103. http://ocs.ciemat.es/EPS2015PAP/pdf/P4.103.pdfMarkovic T., Melnikov A., Seidl J., Eliseev L, Havlicek J., Havranek A., Hron M., Imrisek M., Kovarik K., Mitosinkova K., Mlynar J., Naydenkova D., Panek R., Stokel J., Varju J., Weinzettl V. Alfvén-character oscillations in ohmic plasmas observed on the COMPASS tokamak // Proc. 44th EPS Conference on Plasma Physics, 26–30 June 2017, Belfast, ECA. V. 41F. P-5.140. http://ocs.ciemat.es/EPS2017PAP/pdf/P5.140.pdfMelnikov A.V., Markovic T., Eliseev L.G., Adámek J., Aftanas M., Bilkova P., Boehm P., Gryaznevich M., Imrisek M., Lysenko S.E., Medvedev S.Yu., Panek R., Peterka M., Seidl J., Stefanikova E., Stockel J., Weinzettl V. and the COMPASS team // Plasma Phys. Control. Fusion. 2015. V. 57. P. 065006.