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A global heat flux model based on a fractional derivative of plasma pressure is proposed for the heat transport in fusion plasmas. The degree of the fractional derivative of the heat flux, α, is defined through the power balance analysis of the steady state. The model was used to obtain the experimental values of α for a large database of the Joint European Torus (JET) carbon-wall as well as ITER like-wall plasmas. The fractional degrees of the electron heat flux are found to be α<2, for all the selected pulses in the database, suggesting a deviation from the diffusive paradigm. Moreover, the results show that as the volume integrated input power is increased, the fractional degree of the electron heat flux converges to α∼0.8, indicating a global scaling between the net heating and the pressure profile in the high-power JET plasmas. The model is expected to provide insight into the proper kinetic description for the fusion plasmas and improve the accuracy of the heat transport predictions.
| Originele taal-2 | Engels |
|---|---|
| Artikelnummer | 013027 |
| Tijdschrift | Physical Review Research |
| Volume | 2 |
| Nummer van het tijdschrift | 1 |
| DOI's | |
| Status | Gepubliceerd - jan. 2020 |
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In: Physical Review Research, Vol. 2, Nr. 1, 013027, 01.2020.
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T1 - Global scaling of the heat transport in fusion plasmas
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AU - Oswuigwe, B. I.
AU - Otin, R.
AU - Owen, A.
AU - Paccagnella, R.
AU - Pace, N.
AU - Pacella, D.
AU - Packer, L. W.
AU - Page, A.
AU - Pajuste, E.
AU - Palazzo, S.
AU - Pamela, S.
AU - Panja, S.
AU - Papp, P.
AU - Paprok, R.
AU - Parail, V.
AU - Park, M.
AU - Diaz, F. Parra
AU - Parsons, M.
AU - Pasqualotto, R.
AU - Patel, A.
AU - Pathak, S.
AU - Paton, D.
AU - Patten, H.
AU - Pau, A.
AU - Pawelec, E.
AU - Soldan, C. Paz
AU - Peackoc, A.
AU - Pearson, I. J.
AU - Pehkonen, S. P.
AU - Peluso, E.
AU - Penot, C.
AU - Pereira, A.
AU - Pereira, R.
AU - Puglia, P. P.Pereira
AU - Von Thun, C. Perez
AU - Peruzzo, S.
AU - Peschanyi, S.
AU - Peterka, M.
AU - Petersson, P.
AU - Petravich, G.
AU - Petre, A.
AU - Petrella, N.
AU - Petrzilka, V.
AU - Peysson, Y.
AU - Pfefferlé, D.
AU - Philipps, V.
AU - Pillon, M.
AU - Pintsuk, G.
AU - Piovesan, P.
AU - Dos Reis, A. Pires
AU - Piron, L.
AU - Pironti, A.
AU - Pisano, F.
AU - Pitts, R.
AU - Pizzo, F.
AU - Plyusnin, V.
AU - Pomaro, N.
AU - Pompilian, O. G.
AU - Pool, P. J.
AU - Popovichev, S.
AU - Porfiri, M. T.
AU - Porosnicu, C.
AU - Porton, M.
AU - Possnert, G.
AU - Potzel, S.
AU - Powell, T.
AU - Pozzi, J.
AU - Prajapati, V.
AU - Prakash, R.
AU - Prestopino, G.
AU - Price, D.
AU - Price, M.
AU - Price, R.
AU - Prior, P.
AU - Proudfoot, R.
AU - Pucella, G.
AU - Puglia, P.
AU - Puiatti, M. E.
AU - Pulley, D.
AU - Purahoo, K.
AU - Pütterich, Th
AU - Rachlew, E.
AU - Rack, M.
AU - Ragona, R.
AU - Rainford, M. S.J.
AU - Rakha, A.
AU - Ramogida, G.
AU - Ranjan, S.
AU - Rapson, C. J.
AU - Rasmussen, J. J.
AU - Rathod, K.
AU - Rattà, G.
AU - Ratynskaia, S.
AU - Ravera, G.
AU - Rayner, C.
AU - Rebai, M.
AU - Reece, D.
AU - Reed, A.
AU - Réfy, D.
AU - Regan, B.
AU - Regana, J.
AU - Reich, M.
AU - Reid, N.
AU - Reimold, F.
AU - Reinhart, M.
AU - Reinke, M.
AU - Reiser, D.
AU - Rendell, D.
AU - Reux, C.
AU - Cortes, S. D.A.Reyes
AU - Reynolds, S.
AU - Riccardo, V.
AU - Richardson, N.
AU - Riddle, K.
AU - Rigamonti, D.
AU - Rimini, F. G.
AU - Risner, J.
AU - Riva, M.
AU - Roach, C.
AU - Robins, R. J.
AU - Robinson, S. A.
AU - Robinson, T.
AU - Robson, D. W.
AU - Roccella, R.
AU - Rodionov, R.
AU - Rodrigues, P.
AU - Rodriguez, J.
AU - Rohde, V.
AU - Romanelli, F.
AU - Romanelli, M.
AU - Romanelli, S.
AU - Romazanov, J.
AU - Rowe, S.
AU - Rubel, M.
AU - Rubinacci, G.
AU - Rubino, G.
AU - Ruchko, L.
AU - Ruiz, M.
AU - Ruset, C.
AU - Rzadkiewicz, J.
AU - Saarelma, S.
AU - Sabot, R.
AU - Safi, E.
AU - Sagar, P.
AU - Saibene, G.
AU - Saint-Laurent, F.
AU - Salewski, M.
AU - Salmi, A.
AU - Salmon, R.
AU - Salzedas, F.
AU - Samaddar, D.
AU - Samm, U.
AU - Sandiford, D.
AU - Santa, P.
AU - Santala, M. I.K.
AU - Santos, B.
AU - Santucci, A.
AU - Sartori, F.
AU - Sartori, R.
AU - Sauter, O.
AU - Scannell, R.
AU - Schlummer, T.
AU - Schmid, K.
AU - Schmidt, V.
AU - Schmuck, S.
AU - Schneider, M.
AU - Schöpf, K.
AU - Schwörer, D.
AU - Scott, S. D.
AU - Sergienko, G.
AU - Sertoli, M.
AU - Shabbir, A.
AU - Sharapov, S. E.
AU - Shaw, A.
AU - Shaw, R.
AU - Sheikh, H.
AU - Shepherd, A.
AU - Shevelev, A.
AU - Shumack, A.
AU - Sias, G.
AU - Sibbald, M.
AU - Sieglin, B.
AU - Silburn, S.
AU - Silva, A.
AU - Silva, C.
AU - Simmons, P. A.
AU - Simpson, J.
AU - Simpson-Hutchinson, J.
AU - Sinha, A.
AU - Sipilä, S. K.
AU - Sips, A. C.C.
AU - Sirén, P.
AU - Sirinelli, A.
AU - Sjöstrand, H.
AU - Skiba, M.
AU - Skilton, R.
AU - Slabkowska, K.
AU - Slade, B.
AU - Smith, N.
AU - Smith, P. G.
AU - Smith, R.
AU - Smith, T. J.
AU - Smithies, M.
AU - Snoj, L.
AU - Soare, S.
AU - Solano, E. R.
AU - Somers, A.
AU - Sommariva, C.
AU - Sonato, P.
AU - Sopplesa, A.
AU - Sousa, J.
AU - Sozzi, C.
AU - Spagnolo, S.
AU - Spelzini, T.
AU - Spineanu, F.
AU - Stables, G.
AU - Stamatelatos, I.
AU - Stamp, M. F.
AU - Staniec, P.
AU - Stankunas, G.
AU - Stan-Sion, C.
AU - Stead, M. J.
AU - Stefanikova, E.
AU - Stepanov, I.
AU - Stephen, A. V.
AU - Stephen, M.
AU - Stevens, A.
AU - Stevens, B. D.
AU - Strachan, J.
AU - Strand, P.
AU - Strauss, H. R.
AU - Ström, P.
AU - Stubbs, G.
AU - Studholme, W.
AU - Subba, F.
AU - Summers, H. P.
AU - Svensson, J.
AU - Swiderski, L.
AU - Szabolics, T.
AU - Szawlowski, M.
AU - Szepesi, G.
AU - Suzuki, T. T.
AU - Tàl, B.
AU - Tala, T.
AU - Talbot, A. R.
AU - Talebzadeh, S.
AU - Taliercio, C.
AU - Tamain, P.
AU - Tame, C.
AU - Tang, W.
AU - Tardocchi, M.
AU - Taroni, L.
AU - Taylor, D.
AU - Taylor, K. A.
AU - Tegnered, D.
AU - Telesca, G.
AU - Teplova, N.
AU - Terranova, D.
AU - Testa, D.
AU - Tholerus, E.
AU - Thomas, J.
AU - Thomas, J. D.
AU - Thomas, P.
AU - Thompson, A.
AU - Thompson, C. A.
AU - Thompson, V. K.
AU - Thorne, L.
AU - Thornton, A.
AU - Thrysoe, A. S.
AU - Tigwell, P. A.
AU - Tipton, N.
AU - Tiseanu, I.
AU - Tojo, H.
AU - Tokitani, M.
AU - Tolias, P.
AU - Tomes, M.
AU - Tonner, P.
AU - Towndrow, M.
AU - Trimble, P.
AU - Tripsky, M.
AU - Tsalas, M.
AU - Tsavalas, P.
AU - Jun, D. Tskhakaya
AU - Turner, I.
AU - Turner, M. M.
AU - Turnyanskiy, M.
AU - Tvalashvili, G.
AU - Tyrrell, S. G.J.
AU - Uccello, A.
AU - Ul-Abidin, Z.
AU - Uljanovs, J.
AU - Ulyatt, D.
AU - Urano, H.
AU - Uytdenhouwen, I.
AU - Vadgama, A. P.
AU - Valcarcel, D.
AU - Valentinuzzi, M.
AU - Valisa, M.
AU - Olivares, P. Vallejos
AU - Valovic, M.
AU - Van De Mortel, M.
AU - Van Eester, D.
AU - Van Renterghem, W.
AU - Van Rooij, G. J.
AU - Varje, J.
AU - Varoutis, S.
AU - Vartanian, S.
AU - Vasava, K.
AU - Vasilopoulou, T.
AU - Vega, J.
AU - Verdoolaege, G.
AU - Verhoeven, R.
AU - Verona, C.
AU - Rinati, G. Verona
AU - Veshchev, E.
AU - Vianello, N.
AU - Vicente, J.
AU - Viezzer, E.
AU - Villari, S.
AU - Villone, F.
AU - Vincenzi, P.
AU - Vinyar, I.
AU - Viola, B.
AU - Vitins, A.
AU - Vizvary, Z.
AU - Vlad, M.
AU - Voitsekhovitch, I.
AU - Vondràcek, P.
AU - Vora, N.
AU - Vu, T.
AU - De Sa, W. W.Pires
AU - Wakeling, B.
AU - Waldon, C. W.F.
AU - Walkden, N.
AU - Walker, M.
AU - Walker, R.
AU - Walsh, M.
AU - Wang, E.
AU - Wang, N.
AU - Warder, S.
AU - Warren, R. J.
AU - Waterhouse, J.
AU - Watkins, N. W.
AU - Watts, C.
AU - Wauters, T.
AU - Weckmann, A.
AU - Weiland, J.
AU - Weisen, H.
AU - Weiszflog, M.
AU - Wellstood, C.
AU - West, A. T.
AU - Wheatley, M. R.
AU - Whetham, S.
AU - Whitehead, A. M.
AU - Whitehead, B. D.
AU - Widdowson, A. M.
AU - Wiesen, S.
AU - Wilkinson, J.
AU - Williams, J.
AU - Williams, M.
AU - Wilson, A. R.
AU - Wilson, D. J.
AU - Wilson, H. R.
AU - Wilson, J.
AU - Wischmeier, M.
AU - Withenshaw, G.
AU - Withycombe, A.
AU - Witts, D. M.
AU - Wood, D.
AU - Wood, R.
AU - Woodley, C.
AU - Wray, S.
AU - Wright, J.
AU - Wright, J. C.
AU - Wu, J.
AU - Wukitch, S.
AU - Wynn, A.
AU - Xu, T.
AU - Yadikin, D.
AU - Yanling, W.
AU - Yao, L.
AU - Yavorskij, V.
AU - Yoo, M. G.
AU - Young, C.
AU - Young, D.
AU - Young, I. D.
AU - Young, R.
AU - Zacks, J.
AU - Zagorski, R.
AU - Zaitsev, F. S.
AU - Zanino, R.
AU - Zarins, A.
AU - Zastrow, K. D.
AU - Zerbini, M.
AU - Zhang, W.
AU - Zhou, Y.
AU - Zilli, E.
AU - Zoita, V.
AU - Zoletnik, S.
AU - Zychor, I.
N1 - Publisher Copyright: © 2020 authors. Published by the American Physical Society. Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article's title, journal citation, and DOI.
PY - 2020/1
Y1 - 2020/1
N2 - A global heat flux model based on a fractional derivative of plasma pressure is proposed for the heat transport in fusion plasmas. The degree of the fractional derivative of the heat flux, α, is defined through the power balance analysis of the steady state. The model was used to obtain the experimental values of α for a large database of the Joint European Torus (JET) carbon-wall as well as ITER like-wall plasmas. The fractional degrees of the electron heat flux are found to be α<2, for all the selected pulses in the database, suggesting a deviation from the diffusive paradigm. Moreover, the results show that as the volume integrated input power is increased, the fractional degree of the electron heat flux converges to α∼0.8, indicating a global scaling between the net heating and the pressure profile in the high-power JET plasmas. The model is expected to provide insight into the proper kinetic description for the fusion plasmas and improve the accuracy of the heat transport predictions.
AB - A global heat flux model based on a fractional derivative of plasma pressure is proposed for the heat transport in fusion plasmas. The degree of the fractional derivative of the heat flux, α, is defined through the power balance analysis of the steady state. The model was used to obtain the experimental values of α for a large database of the Joint European Torus (JET) carbon-wall as well as ITER like-wall plasmas. The fractional degrees of the electron heat flux are found to be α<2, for all the selected pulses in the database, suggesting a deviation from the diffusive paradigm. Moreover, the results show that as the volume integrated input power is increased, the fractional degree of the electron heat flux converges to α∼0.8, indicating a global scaling between the net heating and the pressure profile in the high-power JET plasmas. The model is expected to provide insight into the proper kinetic description for the fusion plasmas and improve the accuracy of the heat transport predictions.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85085553415&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1103/PhysRevResearch.2.013027
DO - 10.1103/PhysRevResearch.2.013027
M3 - Article
AN - SCOPUS:85085553415
SN - 2643-1564
VL - 2
JO - Physical Review Research
JF - Physical Review Research
IS - 1
M1 - 013027
ER -