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C.J. Lasnier
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RMP ELM suppression in DIII-D plasmas with ITER similar shapes and collisionalities

T.E. Evans et al.Jan 23, 2008
Large Type-I edge localized modes (ELMs) are completely eliminated with small n = 3 resonant magnetic perturbations (RMP) in low average triangularity, , plasmas and in ITER similar shaped (ISS) plasmas, , with ITER relevant collisionalities . Significant differences in the RMP requirements and in the properties of the ELM suppressed plasmas are found when comparing the two triangularities. In ISS plasmas, the current required to suppress ELMs is approximately 25% higher than in low average triangularity plasmas. It is also found that the width of the resonant q95 window required for ELM suppression is smaller in ISS plasmas than in low average triangularity plasmas. An analysis of the positions and widths of resonant magnetic islands across the pedestal region, in the absence of resonant field screening or a self-consistent plasma response, indicates that differences in the shape of the q profile may explain the need for higher RMP coil currents during ELM suppression in ISS plasmas. Changes in the pedestal profiles are compared for each plasma shape as well as with changes in the injected neutral beam power and the RMP amplitude. Implications of these results are discussed in terms of requirements for optimal ELM control coil designs and for establishing the physics basis needed in order to scale this approach to future burning plasma devices such as ITER.
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High performance power handling in the absence of an H-mode edge in negative triangularity DIII-D plasmas

F. Scotti et al.Jul 17, 2024
Abstract Experiments performed during strongly-shaped high-power diverted negative triangularity (NT) experiments in DIII-D achieved detached divertor conditions and a transient-free edge, showcasing the potential for application of NT to a core-edge integrated reactor-like scenario and providing the first characterization of the parametric dependencies for detachment onset. Detached divertor conditions will be required in future devices to mitigate divertor heat fluxes. Access to dissipative divertor conditions was investigated via an increase in upstream density. Detachment onset at the outer strike point was achieved with H-mode level confinement H 98 − y 2 ∼ 1 and reactor-relevant normalized pressures β N ∼ 2 . Confinement degradation was observed with deeper detachment, associated with the loss of an electron temperature pedestal. Differences in geometry, radial transport, impact of cross field drifts are discussed to explain differences in access to detachment in NT discharges. Higher normalized densities, with respect to equivalent discharges in positive triangularity, were necessary to achieve detachment, partially explained by the shorter parallel connection length to the targets. The effect of cross-field particle drifts ( E × B , B × ∇ B ) on access to detachment was demonstrated by the lower upstream density needed to access detachment with ion B × ∇ B drift directed outside of the active divertor (Greenwald fraction f Gw ∼ 0.9–1.0 vs f Gw ∼ 1.3). The upstream density at detachment onset was observed to increase linearly with plasma current with ion B × ∇ B drift into the divertor, consistent with the observed narrowing of the scrape-off layer heat flux width λ q . Edge fluid simulations capture separatrix densities needed to achieve detachment in NT plasma and their dependence on drift direction. The ability to reproduce detachment dynamics in NT plasma increases the confidence in future design studies for NT divertors.
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Overview of results from the 2023 DIII-D Negative Triangularity campaign

K. Thome et al.Aug 14, 2024
Abstract Negative triangularity (NT) is a potentially transformative configuration for tokamak-based fusion energy with its high-performance core, edge localized mode (ELM)-free edge, and low-field-side divertors that could readily scale to an integrated reactor solution. Previous NT work on the TCV and DIII-D tokamaks motivated the installation of graphite-tile armor on the low-field-side lower outer wall of DIII-D. A dedicated multiple-week experimental campaign was conducted to qualify the NT scenario for future reactors. During the DIII-D NT campaign, high confinement ( H 98 y , 2 ≳ 1), high current ( q 95 < 3), and high normalized pressure plasmas ( β N > 2.5) were simultaneously attained in strongly NT-shaped discharges with average triangularity δ avg = −0.5 that were stably controlled. Experiments covered a wide range of DIII-D operational space (plasma current, toroidal field, electron density and pressure) and did not trigger an ELM in a single discharge as long as sufficiently strong NT was maintained; in contrast, to other high-performance ELM-suppression scenarios that have narrower operating windows. These strong NT plasmas had a lower outer divertor X-point shape and maintained a non-ELMing edge with an electron temperature pedestal, exceeding that of typical L-mode plasmas. Also, the following was achieved during the campaign: high normalized density ( n e / n GW of at least 1.7), particle confinement comparable to energy confinement with Z eff ∼ 2 , a detached divertor without impurity seeding, and a mantle radiation scenario using extrinsic impurities. These results are promising for a NT fusion pilot plant but further questions on confinement extrapolation and core-edge integration remain, which motivate future NT studies on DIII-D and beyond.
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