Turbulence statistical analysis of the L-H transition and RMPs in KSTAR

Abstract We investigate the turbulence statistics associated with low-to-high confinement (L-H) transitions and externally applied resonant magnetic perturbations (RMPs) in KSTAR. Time-series fluctuations of electron density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , electron temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , and the time derivative of the poloidal magnetic field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>θ</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> (Mirnov coils) are analysed using information-geometric measures (information rate Γ and information length <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi class="MJX-tex-calligraphic">L</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>∫</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> ), together with kurtosis κ and variance σ 2 . In low-density upper single-null plasmas ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>1.2</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>19</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mtext> </mml:mtext> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> ), a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>80</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> kHz magnetic mode coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>θ</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> emerges prior to the L-H transition and persists into the edge-localised modes H-mode. Edge-localised RMPs (ERMPs) suppress this coherent mode but enhance intermittency, producing frequent bursts that abruptly reshape the time-dependent probability density functions (PDFs) and generate large spikes in Γ (with smaller changes in κ ), signalling ERMP-driven departures from quasi-stationarity. The impact of ERMPs on background fluctuation levels depends on density, radial location, and the fluctuating variable itself ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo stretchy="true">~</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mo stretchy="true">~</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>˙</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mi>θ</mml:mi>