LNF:L2HPED Estudio de Transiciones L-H y Pedestal en Modo H en Tokamaks

LNF - Nationally funded project

Title: Estudio de Transiciones L-H y Pedestal en Modo H en Tokamaks / Study of L-H transitions and H-mode pedestal in tokamaks (L2HPED)

Reference: PID2021-127727OB-I00

Funding Umbrella: Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2021-2023

Funding Programme: Programa Estatal para Impulsar la Investigación Científico-Técnica y su Transferencia

Subprogramme: Subprograma Estatal de Generación de Conocimiento

Programme and date: Proyectos de Generación de Conocimiento 2021

Programme type/ Modalidad: Investigación Orientada Tipo B

Area/subarea: Ciencias Físicas/Física y sus aplicaciones

Principal Investigator(s): Emilia R. Solano and Elena de la Luna

Project type: Individual

Start-end dates: 01/09/2022 - 31/08/2026

Financing granted (direct costs/indirect costs): €90,000 / €18,900

Acknowledgement: Grant PID2021-127727OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by ERDF A way of making Europe

Description of the project

Con este proyecto queremos mejorar la calidad de las predicciones sobre los plasmas de ITER y DEMO, que son los próximos equipos de fusión y el foco del programa de confinamiento magnetico europeo.

La propuesta aborda 3 aspectos fundamentales de la operación de ITER asociados a la física del pedestal: la transición L-H, regímenes de ELMs pequeños, y el "Quiescent H-mode", también llamado mode QH, sin ELMs.

En cuanto a la transición L-H, proponemos continuar el trabajo experimental en el JET, especialmente ahora que hemos empezado a obtener datos de la transición L-H en mezclas de tritio y deuterio-tritio (las más relevantes para la fusión), en el JET-ILW, con pared de Be y divertor de Wolframio. El trabajo experimental de la transición L-H implica la coordinación del equipo, el diseño del experimento, la preparación, la ejecución, el análisis de los datos y su interpretación.

En términos de la teoría L-H, estamos investigando la naturaleza del modo M, una oscilación magnética n=0, m=1 observada en el inicio del modo H. En los datos disponibles de los estudios de transición LH en plasmas calentados por radio-frecuencia en JET, la frecuencia del modo M parece escalar con la corriente de plasma dividida por la raíz cuadrada de la densidad de masa de los iones, lo que indica que posiblemente sea una onda poloidal de Alfvén. Nuestro objetivo es desarrollar modelos analíticos y numéricos de ondas Alfvén poloidales superficiales, para explicar las frecuencias observadas empíricamente.

Experimentos recientes en JET-ILW han demonstrado que es posible obtener simultáneamente buen confinamiento en modo H, en condiciones estacionarias para la densidad y la temperature y con ELMs pequeños. Estos resultados se han obtenido con baja collisionalidad en el pedestal y utilizando el escenario básico (Baseline) de ITER (con $q_{95}=3$, $H_{98}=1$ y $\beta _{N}=2$). Esto hace de este nuevo regimen de operacion muy diferente de lo que se ha observado previamente en otros dispositivos de fusion (AUG, DIII-D y JT-60U. En este proyecto nos proponemos investigar la física responsable de la aparición de ELMs pequeños, el buen confinamiento y la ausencia de acumulación de impurezas en estas condiciones. Pretendemos contribuir a una mejor comprensión de los mecanismos físicos que afectan a la estabilidad del pedestal, a la turbulencia y al transporte de impurezas en la región del pedestal y del núcleo y, como resultado, contribuir a aumentar la precisión de las extrapolaciones para el ITER y otros dispositivos futuros.

En cuanto a los regímenes sin ELMs, proponemos investigar el modo QH. El modo QH es un estado estacionario del plasma, de interés potencial para ITER y DEMO. Ha sido una prioridad del programa DIII-D porque permite el acceso a pedestales calientes con alto confinamiento del núcleo y sin ELMs. No se sabe si puede desarrollarse y mantenerse con un diveror de Wolframio y una pared de Berilio.

Actualmente, Eurofusion está considerando la posibilidad de realizar futuros experimentos en modo QH en las campañas experimentales del JET 2022-2023. Si se aprueba, este proyecto contribuiría a ellos. En cualquier caso, nos uniríamos a la colaboración entre AUG y DIIID para ejecutar y analizar experimentos de similitud.

References

Peer-reviewed articles associated to the L2HPED Project (since Sept/2022)

1. Effect of the divertor configuration on the JET edge radial electric field C Silva, ER Solano, et al, Nuclear Fusion 62 (12), 126057 (2022)
2. Prospects of core–edge integrated no-ELM and small-ELM scenarios for future fusion devices, E Viezzer,..., E R Solano, Nuclear Materials and Energy 34, 101308 (2023)
3. The role of isotope mass and transport for H-mode access in tritium containing plasmas at JET with ITER-like wall, G Birkenmeier, ER Solano, ... E de la Luna et al, Plasma Physics and Controlled Fusion 65 (5), 054001 (2023)
4. LH transition studies in tritium and deuterium–tritium campaigns at JET with Be wall and W divertor, E.R. Solano, G. Birkenmeier, C. Silva, E. Delabie, J.C. Hillesheim, (…), E. de la Luna, et al., Nuclear Fusion 63, 112011 (2023) (Special Issue of Papers Presenting Results from the JET Tritium and Deuterium/Tritium Campaign)
5. Experiments in high-performance JET plasmas in preparation of second harmonic ICRF heating of tritium in ITER M.J. Mantsinen, ..., E. de la Luna,... E.R. Solano et al, Nuclear Fusion 63, 112015 (2023)
6. Experimentally corroborated model of pressure relaxation limit cycle oscillations in the vicinity of the transition to high confinement in tokamaks O. Grover, P. Manz, A.Y. Yashin, D.I. Réfy, J. Seidl, N. Vianello, G. Birkenmeier, E.R. Solano et al, Nucl. Fusion 64, 026001 (2024)
7. Exploring the physics of a high-performance H-mode scenario with small ELMs at low collisionality in JET with Be/W wall E. de la Luna, J. Garcia, M. Sertoli, ... E.R. Solano et al., Nuclear Fusion 64, 096014(2024)
8. Helium plasma operations on ASDEX Upgrade and JET in support of the non-nuclear phases of ITER A. Hakola et al., Nucl. Fusion 64, 096022 (2024)
9. Stable Deuterium-Tritium plasmas with improved confinement in the presence of energetic-ion instabilities. J. Garcia, Y. Kazakov, R. Coelho, M. Dreval, E. de la Luna, E.R. Solano et al. Nature Communications 2024 (accepted, in press)
10. Turbulent transport mechanisms and their impact on the pedestal top of JET plasmas with small-ELMs, M. Dicorato, M. Muraglia, Y. Camenen, J. Garcia... E. de la Luna, et al., Plasma Phys. Control. Fusion (submitted for publication)

Conferences 2024

• Potential research programme for JET with W wall and ECRH (poster)and paper by E. R. Solano, J. Ongena and JET petition contributors. 50th EPS Conference on Plasma Physics Salamanca, 8th - 12th July 2024. Winner of the People's choice award for the best poster of the conference.

• Pedestal structure and stability of high-performance scenarios with I-mode-like pedestals in JET with the Be/W wall (poster) and oral E. de la Luna, J. García, M. Dunne, Y. Kazakov, E. R. Solano, E. Delabie, M. Faitsch, L. Frassinetti, JET contributors and the EUROfusion TE team. 19th International Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers, Mito (Japan), 21-24 September 2024.

Conferences 2023

• L-H transition physics results from recent tritium and deuterium-tritium campaigns at JET (oral). E. R. Solano et al. 29th IAEA Fusion Energy Conference, London, UK (16-21 Octubre, 2023) IAEA-CN-316 (EX/2-1)

• Experimental conditions to access high-performance H-mode plasmas with small ELMs at low collisionality in JET-ILW (poster) E. de la Luna, M. Dunne, P. Lomas, C. Reux, E. R. Solano, J. García, M. Faitsch, M. Poradzinski, G. Pucella, S. Mennuir, R. Coelho, B. Labit, O. Sauter, E. Viezzer, M. Wischmaier, JET contributors and the EUROfusion Tokamak Exploitation team. . 29th IAEA Fusion Energy Conference, London, UK (16-21 Octubre, 2023) IAEA-CN-316 (EX/P-2603)

• L-H TRANSITION RESULTS FROM RECENT TRITIUM AND DEUTERIUM-TRITIUM CAMPAIGNS AT JET (oral). E. R. Solano and the JET L-H transition team. 42nd ITPA PEP Meeting, Culham, UK, 23rd October 2023.

• HIGH-PERFORMANCE PLASMAS WITH SMALL ELMS AT LOW COLLISIONALITY IN JET-ILW (oral). E. de la Luna, M. Dunne, P. Lomas, C. Reux, E.R. Solano, J. García, M. Faitsch, M. Poradzinski, G. Pucella and JET contributors. 42nd ITPA PEP Meeting, Culham, UK, 23rd October 2023.

Follow-up/Seguimiento

• Change request/Solicitud de modificación 16/04/2024, subcontract tomography analysis
• Approval/Autorización 13/05/2024, Start Contract: 30/05/2024

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