Direct Gyrokinetic Comparison of Pedestal Transport in JET with Carbon and ITER-Like Walls

This paper compares the gyrokinetic instabilities and transport in two representative JET pedestals, one (pulse 78697) from the JET configuration with a carbon wall (C) and another (pulse 92432) from after the installation of JET's ITER-like Wall (ILW). The discharges were selected for a comparison of JET-ILW and JET-C discharges with good confinement at high current (3 MA, corresponding also to low $\rho_*$) and retain the distinguishing features of JET-C and JET-ILW, notably, decreased pedestal top temperature for JET-ILW. A comparison of the profiles and heating power reveals a stark qualitative difference between the discharges: the JET-ILW pulse (92432) requires twice the heating power, at a gas rate of $1.9 \times 10^{22}e/s$, to sustain roughly half the temperature gradient of the JET-C pulse (78697), operated at zero gas rate. This points to heat transport as a central component of the dynamics limiting the JET-ILW pedestal and reinforces the following emerging JET-ILW pedestal transport paradigm, which is proposed for further examination by both theory and experiment. ILW conditions modify the density pedestal in ways that decrease the normalized pedestal density gradient $a/L_n$, often via an outward shift of the density pedestal. This is attributable to some combination of direct metal wall effects and the need for increased fueling to mitigate tungsten contamination. The modification to the density profile increases $\eta = L_n/L_T$ , thereby producing more robust ion temperature gradient (ITG) and electron temperature gradient driven instability. The decreased pedestal gradients for JET-ILW (92432) also result in a strongly reduced $E \times B$ shear rate, further enhancing the ion scale turbulence. Collectively, these effects limit the pedestal temperature and demand more heating power to achieve good pedestal performance

Gyrokinetic analysis and simulation of pedestals, to identify the culprits for energy losses using fingerprints

Fusion performance in tokamaks hinges critically on the efficacy of the Edge Transport Barrier (ETB) at suppressing energy losses. The new concept of fingerprints is introduced to identify the instabilities that cause the transport losses in the ETB of many of today's experiments, from widely posited candidates. Analysis of the Gyrokinetic-Maxwell equations, and gyrokinetic simulations of experiments, find that each mode type produces characteristic ratios of transport in the various channels: density, heat and impurities. This, together with experimental observations of transport in some channel, or, of the relative size of the driving sources of channels, can identify or determine the dominant modes causing energy transport. In multiple ELMy H-mode cases that are examined, these fingerprints indicate that MHD-like modes are apparently not the dominant agent of energy transport; rather, this role is played by Micro-Tearing Modes (MTM) and Electron Temperature Gradient (ETG) modes, and in addition, possibly Ion Temperature Gradient (ITG)/Trapped Electron Modes (ITG/TEM) on JET. MHD-like modes may dominate the electron particle losses. Fluctuation frequency can also be an important means of identification, and is often closely related to the transport fingerprint. The analytical arguments unify and explain previously disparate experimental observations on multiple devices, including DIII-D, JET and ASDEX-U, and detailed simulations of two DIII-D ETBs also demonstrate and corroborate this

Energetic ion transport by microturbulence is insignificant in tokamaks

Energetic ion transport due to microturbulence is investigated in magnetohydrodynamic-quiescent plasmas by way of neutral beam injection in the DIII-D tokamak [J. L. Luxon, Nucl. Fusion 42, 614 (2002)]. A range of on-axis and off-axis beam injection scenarios are employed to vary relevant parameters such as the character of the background microturbulence and the value of Eb/Te , where Eb is the energetic ion energy and Te the electron temperature. In all cases, it is found that any transport enhancement due to microturbulence is too small to observe experimentally. These transport effects are modeled using numerical and analytic expectations that calculate the energetic ion diffusivity due to microturbulence. It is determined that energetic ion transport due to coherent fluctuations (e.g., Alfvén eigenmodes) is a considerably larger effect and should therefore be considered more important for ITER.United States. Dept. of Energy (DE-FC02-04ER54698)United States. Dept. of Energy (DE-FC02-99ER54512)United States. Dept. of Energy (DE-FG03-97ER54415)United States. Dept. of Energy (DE-FG02-07ER54917)United States. Dept. of Energy (DE-AC02-09CH11466)United States. Dept. of Energy (SC-G903402)United States. Dept. of Energy (DE-FG02-08ER54984)United States. Dept. of Energy ( DE-AC52-07NA27344)United States. Dept. of Energy ( DE-FG02-89ER53296)United States. Dept. of Energy (DE-FG02-08ER54999)United States. Dept. of Energy (DE-AC05-00OR22725

Valor nutritivo de pastagens de capim-elefante manejadas sob sistema convencional e agroecológico.

O capim-elefante é utilizado, na sua grande maioria, em sistemas convencionais de produção animal. O objetivo deste trabalho foi comparar o valor nutritivo do capimelefante em sistemas de manejo agroecológico e convencional, quanto a proteína bruta (PB), fibra em detergente neutro (FDN) e digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). Foram usados quatro piquetes, com 0,12ha cada um. No sistema convencional, o capim-elefante foi estabelecido singularmente. No sistema agroecológico, o plantio foi feito em linhas afastadas de 3m. Nas entrelinhas, estabeleceu-se a aveia e o azevém no período hibernal, enquanto que no período estival permitiu-se o desenvolvimento de espécies espontâneas. A adubação foi feita com fertilizantes orgânicos (150kg ha-1 de N). No sistema agroecológico, foram conduzidos sete pastejos, de 24/04/2004 a 05/05/2005. Na pastagem convencional, usouse a mesma quantidade de N (uréia), sendo conduzidos quatro ciclos de pastejo, de 06/10/2004 a 05/05/2005. Para ambos os sistemas foram utilizadas vacas da raça Holandês, recebendo complementação alimentar de 3,5kg dia-1 de concentrado com 20% de proteína bruta, constituindo-se nos animais experimentais. Nas avaliações, considerou-se a massa de forragem inicial com base na matéria seca (MS), os componentes botânicos da pastagem e estruturais do capimelefante. As análises de qualidade foram feitas em amostras de pastejo simulado. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com dois tratamentos, convencional e agroecológico, duas repetições (piquetes) e em parcelas incompletas subdivididas no tempo (pastejos). Houve interação (P<0,05) entre tratamentos e pastejos em todas as variáveis. Na pastagem agroecológica, o modelo que melhor se ajustou foi o cúbico para todas as variáveis, em função do tempo de pastejo. Na pastagem convencional, a PB e a DIVMS ajustaram-se melhor ao modelo linear, com taxa positiva de crescimento, sendo observado comportamento inverso para FDN, com o decorrer dos pastejos. Tanto na pastagem convencional quanto na agroecológica encontraram-se associações negativas entre lâmina foliar do capim-elefante com PB e DIVMS e positiva com FDN. Ambos os sistemas apresentaram teores qualitativos elevados das pastagens, considerando-se a adubação, o manejo e o tempo de utilização

Produtividade e valor nutritivo de pasto de capim-elefante manejado sob princípios agroecológicos.

Objetivou-se avaliar o valor nutritivo do capim-elefante, quanto aos teores de PB e FDN e a digestibilidade in vitro da MS (DIVMS), submetido a algumas práticas agroecológicas. Foram usados dois piquetes (0,15 ha cada), onde foi estabelecido o capim-elefante, em 2001, com espaçamento entrelinhas de três metros. Nas entrelinhas, estabeleceram-se aveia (Avena strigosa Schreb.) e azevém (Lolium multiflorum Lam.) no período hibernal e, no estival, permitiu-se o desenvolvimento de espécies de crescimento espontâneo. A adubação foi feita com fertilizantes orgânicos (150 kg de N /ha). No período experimental (24/04/2004 a 05/05/2005), foram conduzidos sete pastejos. Os animais experimentais foram vacas da raça Holandesa que receberam, como complementação alimentar, 3,5 kg/dia de concentrado. Avaliaram-se a massa de forragem inicial, composição botânica do pasto e os componentes estruturais. Para as análises de valor nutritivo do pasto, foram feitas amostragens simulando o pastejo. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com duas repetições (piquetes) e sete tratamentos (pastejos). Os melhores resultados do valor nutritivo foram obtidos no período hibernal. Foram encontradas correlações negativas da PB e DIVMS e positivas da FDN com a biomassa de lâminas foliares do capim-elefante. O capim-elefante, manejado sob princípios agroecológicos, apresentou alto valor nutritivo e produtividade, tanto no verão quanto no inverno, possibilitando que a produção animal seja mais sustentável no decorrer do ano

Produção e valor nutritivo da forragem de capim-elefante em dois sistemas de produção.

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de avaliar a produção e o valor nutritivo da forragem de capimelefante cultivado em sistemas convencional e agroecológico. No sistema convencional, o capim-elefante foi estabelecido em cultivo exclusivo, em linhas com espaçamento de 1,4 m e, no sistema agroecológico, em linhas afastadas 3 m. Nas entrelinhas, estabeleceu-se azevém no período hibernal para desenvolvimento de espécies de crescimento espontâneo no período estival. Avaliaram-se a massa, a produção e a composição botânica e estrutural da forragem e a carga animal. Amostras de simulação de pastejo foram coletadas para determinação dos teores de proteína bruta e fibra em detergente neutro e da digestibilidade in vitro da matéria seca e matéria orgânica. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com dois tratamentos (sistemas convencional e agroecológico) e duas repetições (piquetes). Valores mais elevados para massa de forragem, produção de forragem, taxa de acúmulo diário e carga animal foram observados no sistema convencional. A relação folha:colmo foi similar entre os sistemas. Valor mais elevado de proteína bruta foi observado no sistema agroecológico. O capim-elefante sob manejo convencional apresenta maior produção de forragem, com menores teores de proteína bruta. O sistema agroecológico apresenta melhor distribuição da produção de forragem no decorrer do ano

Bayesian Model Selection Applied to the Analysis of Fluorescence Correlation Spectroscopy Data of Fluorescent Proteins in Vitro and in Vivo

Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a powerful technique to investigate molecular dynamics with single molecule sensitivity. In particular, in the life sciences it has found widespread application using fluorescent proteins as molecularly specific labels. However, FCS data analysis and interpretation using fluorescent proteins remains challenging due to typically low signal-to-noise ratio of FCS data and correlated noise in autocorrelated data sets. As a result, naive fitting procedures that ignore these important issues typically provide similarly good fits for multiple competing models without clear distinction of which model is preferred given the signal-to-noise ratio present in the data. Recently, we introduced a Bayesian model selection procedure to overcome this issue with FCS data analysis. The method accounts for the highly correlated noise that is present in FCS data sets and additionally penalizes model complexity to prevent over interpretation of FCS data. Here, we apply this procedure to evaluate FCS data from fluorescent proteins assayed in vitro and in vivo. Consistent with previous work, we demonstrate that model selection is strongly dependent on the signal-to-noise ratio of the measurement, namely, excitation intensity and measurement time, and is sensitive to saturation artifacts. Under fixed, low intensity excitation conditions, physical transport models can unambiguously be identified. However, at excitation intensities that are considered moderate in many studies, unwanted artifacts are introduced that result in nonphysical models to be preferred. We also determined the appropriate fitting models of a GFP tagged secreted signaling protein, Wnt3, in live zebrafish embryos, which is necessary for the investigation of Wnt3 expression and secretion in development. Bayes model selection therefore provides a robust procedure to determine appropriate transport and photophysical models for fluorescent proteins when appropriate models are provided, to help detect and eliminate experimental artifacts in solution, cells, and in living organisms.National Science Foundation (U.S.). Physics of Living Systems ProgramNational Institute of Mental Health (U.S.) (Award U01MH106011