Rational surfaces, flows and radial structure in the TJ-II stellarator

Abstract

En este trabajo, presentamos los resultados obtenidos midiendo varias magnitudes turbulentas en el interior del borde del plasma mediante una sonda Langmuir durante exploraciones dinámicas de transformación rotacional en el stellarator TJ-II, mientras se aplica un campo eléctrico radial al plasma del borde utilizando una sonda de polarización. Calculando el parámetro de intermitencia a partir de medidas de potencial flotante, somos capaces de identificar una importante superficie racional de bajo orden y, por tanto, relacionar las medidas de la sonda con el valor local de la transformada rotacional. Basándonos en lo anterior, somos capaces de mostrar que la velocidad poloidal del plasma (y por tanto el campo eléctrico radial) tiene una estructura radial significativa que está claramente relacionada con el perfil de la transformada rotacional y en particular con las superficies racionales de orden más bajo en el rango estudiado. La velocidad poloidal también se ve afectada cuando se aplica polarización en el borde del plasma. El flujo de partículas Γ también muestra un patrón radial, al igual que el término de supresión de cizalladura del flujo, pero la relación del primero con las superficies racionales de bajo orden es menos clara. Suponemos que esta falta de correspondencia directa se debe a un término desconocido en la ecuación de evolución de la turbulencia: la tasa de crecimiento de la inestabilidad, γ. Hacemos uso de un modelo reducido de turbulencia magnetohidrodinámica para interpretar los resultados. En general, se obtiene una imagen en la que el plasma se auto-organiza hacia un estado con un claro patrón radial del campo eléctrico radial, en línea con las expectativas de algunos estudios numéricos que describen la formación espontánea de una «escalera E × B», consistente en capas alternantes con transporte radial rápido y lento. En este estado, los perfiles radiales de diversas magnitudes (densidad, temperatura, presión) no serán suaves.