Observation of magnetic islands in tokamak plasmas during the suppression of edge-localized modes
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2024

In tokamaks, a leading platform for fusion energy, periodic filamentary plasma eruptions known as edge-localized modes occur in plasmas with high-energy confinement and steep pressure profiles at the plasma edge. These edge-localized modes could damage the tokamak wall but can be suppressed using small three-dimensional magnetic perturbations. Here we demonstrate that these magnetic perturbations can change the magnetic topology just inside the steep gradient region of the plasma edge. We identify signatures of a magnetic island, and their observation is linked to the suppression of edge-localized modes. We compare high-resolution measurements of perturbed magnetic surfaces with predictions from ideal magnetohydrodynamic theory where the magnetic topology is preserved. Although ideal magnetohydrodynamics adequately describes the measurements in plasmas exhibiting edge-localized modes, it proves insufficient for plasmas where these modes are suppressed. Nonlinear resistive magnetohydrodynamic modelling supports this observation. Our study experimentally confirms the predicted role of magnetic islands in inhibiting the occurrence of edge-localized modes. This will be beneficial for physics-based predictions in future fusion devices to control these modes.

Författare

M. Willensdorfer

Max-Planck-Gesellschaft

V. Mitterauer

Max-Planck-Gesellschaft

M. Hoelzl

Max-Planck-Gesellschaft

Wolfgang Suttrop

Max-Planck-Gesellschaft

M. Cianciosa

Oak Ridge National Laboratory

M. Dunne

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R. Fischer

Max-Planck-Gesellschaft

N. Leuthold

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J. Puchmayr

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Oleg Samoylov

Max-Planck-Gesellschaft

G. Suarez Lopez

ITER Organization

D. Wendler

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S. Zoletnik

Centre for Energy Research

H. Zohm

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A. Zito

Max-Planck-Gesellschaft

B. Zimmermann

Max-Planck-Gesellschaft

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W. Zholobenko

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W. Zhang

Chinese Academy of Sciences

T. Zehetbauer

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I. Zammuto

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R. Zagórski

Institute of Plasma Physics & Laser Microfusion (IPPLM)

Q. Yu

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C. Yoo

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Q. Yang

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R C Wolf

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A.E. White

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D. Wendler

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M. Weiland

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X. Wang

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D. Wagner

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U. Von Toussaint

Max-Planck-Gesellschaft

I. Voitsekhovitch

Culham Science Centre

G. Vogel

Max-Planck-Gesellschaft

E. Viezzer

Universidad de Sevilla

T. Vierle

Max-Planck-Gesellschaft

J. Vicente

Instituto Superior Tecnico

N. Vianello

Consorzio Rfx

Geert Verdoolaege

Koninklijke Militaire School

T. Verdier

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

S. Varoutis

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

P. Varela

Instituto Superior Tecnico

B. Vanovac

Massachusetts Institute of Technology (MIT)

F. Vannini

Max-Planck-Gesellschaft

S. Vanmulders

ITER Organization

M.A. Van Zeeland

General Atomics

Martin Valovic

Culham Science Centre

M. Valisa

Consorzio Rfx

M. Usoltseva

Max-Planck-Gesellschaft

G. Urbanczyk

Max-Planck-Gesellschaft

P. Ulbl

Max-Planck-Gesellschaft

M. Tripský

Koninklijke Militaire School

G.L. Trevisan

Consorzio Rfx

W. Treutterer

Max-Planck-Gesellschaft

Daniel Told

Max-Planck-Gesellschaft

W. Tierens

Max-Planck-Gesellschaft

E. Thorén

Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

M. Teschke

Max-Planck-Gesellschaft

D. Terranova

Consorzio Rfx

M. Tardocchi

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

G. Tardini

Max-Planck-Gesellschaft

T. Tala

Teknologian Tutkimuskeskus (VTT)

B. Tál

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T. Szepesi

Centre for Energy Research

W. Suttrop

Max-Planck-Gesellschaft

G. Suarez Lopez

ITER Organization

E. Strumberger

Max-Planck-Gesellschaft

U. Stroth

Max-Planck-Gesellschaft

J. Stober

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D. Stieglitz

Max-Planck-Gesellschaft

M. Stejner

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

A. Stegmeir

Max-Planck-Gesellschaft

M. Spolaore

Consorzio Rfx

G. Spizzo

Consorzio Rfx

M. Spacek

Max-Planck-Gesellschaft

C. Sozzi

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

C. Sommariva

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

E. R. Solano

Laboratorio Nacional de Fusion

A. Snicker

Aalto-Yliopisto

S. Sipila

Aalto-Yliopisto

J. Simpson

Culham Science Centre

D. Silvagni

Max-Planck-Gesellschaft

Carlos Silva

Instituto Superior Tecnico

A. Silva

Instituto Superior Tecnico

A. Sigalov

Max-Planck-Gesellschaft

B. Sieglin

Max-Planck-Gesellschaft

M. Siccinio

Max-Planck-Gesellschaft

G. Sias

Universita degli Studi di Cagliari

A. Shevelev

Russian Academy of Sciences

U. Sheikh

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

S. E. Sharapov

Culham Science Centre

A. Shalpegin

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

A. Shabbir

Universiteit Gent

E. Seliunin

Instituto Superior Tecnico

O. Seibold-Benjak

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F. Sciortino

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C. Schuster

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M. Schubert

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R. Schrittwieser

University of Innsbruck

P.A. Schneider

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K. Schmid

Max-Planck-Gesellschaft

J. Scholte

Technische Universiteit Eindhoven

A. Schlüter

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G. Schall

Max-Planck-Gesellschaft

O. Sauter

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

J. Santos

Instituto Superior Tecnico

L. Sanchis-Sanchez

Universidad de Sevilla

O. Samoylov

Max-Planck-Gesellschaft

A. Salmi

Aalto-Yliopisto

M. Salewski

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

S. Saarelma

Culham Science Centre

F. Ryter

Max-Planck-Gesellschaft

D. Ryan

Culham Science Centre

M. Rubel

Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

M. Rott

Max-Planck-Gesellschaft

G. Ronchi

Technische Universiteit Eindhoven

V. Rohde

Max-Planck-Gesellschaft

P. Rodriguez-Fernandez

Massachusetts Institute of Technology (MIT)

G. Rocchi

ENEA

J.F. Rivero-Rodriguez

Universidad de Sevilla

J. Riesch

Max-Planck-Gesellschaft

R. Riedl

Max-Planck-Gesellschaft

D. Ricci

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

T. Ribeiro

Max-Planck-Gesellschaft

B. Rettino

Max-Planck-Gesellschaft

D. Reiter

Forschungszentrum Jülich

M. Reisner

Max-Planck-Gesellschaft

D. Reiser

Forschungszentrum Jülich

F. Reimold

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M. Reich

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D. Refy

Centre for Energy Research

A. Redl

Universita degli Studi della Tuscia

G. Raupp

Max-Planck-Gesellschaft

S. Ratynskaia

Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

G.A. Rattá

Laboratorio Nacional de Fusion

J. Rasmussen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

M. Ramisch

Universität Stuttgart

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Technische Universität Wien

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J. Puchmayr

Max-Planck-Gesellschaft

L. Porte

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

E. Poli

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G. Pokol

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V V Plyusnin

Instituto Superior Tecnico

B. Plöckl

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B. Plaum

Universität Stuttgart

U. Plank

Max-Planck-Gesellschaft

C. Piron

Consorzio Rfx

P. Petersson

Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

E. Peluso

University of Rome

M. Peglau

Max-Planck-Gesellschaft

C. Paz-Soldan

Columbia University

G Pautasso

Max-Planck-Gesellschaft

A. Pau

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

I. Paradela Perez

Aalto-Yliopisto

Gergely Papp

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O. Pan

Max-Planck-Gesellschaft

P. Oyola

Universidad de Sevilla

J. Olsen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

R. Ochoukov

Max-Planck-Gesellschaft

S. Nowak

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

I. Novikau

Max-Planck-Gesellschaft

M. Nocente

Universita' degli Studi di Milano-Bicocca

T. Nishizawa

Max-Planck-Gesellschaft

S. K. Nielsen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

A.H. Nielsen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

R. Neu

Max-Planck-Gesellschaft

R.D. Nem

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

R. Nazikian

Princeton University

V Naulin

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

F. Nabais

Instituto Superior Tecnico

M. Muraca

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P.A. Molina Cabrera

Max-Planck-Gesellschaft

D. Milanesio

Politecnico di Torino

M. Michelini

Max-Planck-Gesellschaft

H.F. Meyer

Culham Science Centre

A. Merle

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

R. Merkel

Max-Planck-Gesellschaft

R. McDermott

Max-Planck-Gesellschaft

P. McCarthy

University College Cork

M.L. Mayoral

Culham Science Centre

M. Mayer

Max-Planck-Gesellschaft

F. Matos

Max-Planck-Gesellschaft

P. Martin

Consorzio Rfx

L. Marrelli

Consorzio Rfx

M. Markl

Technische Universität Wien

C. Marchetto

Politecnico di Torino

Mark Maraschek

Max-Planck-Gesellschaft

P. Manz

Universität Greifswald

M. Mantsinen

Centro Nacional de Supercomputacion

P. Mantica

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

A. Manhard

Max-Planck-Gesellschaft

Andrea Mancini

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

V. Maquet

Koninklijke Militaire School

E. Maljaars

Technische Universiteit Eindhoven

O. Maj

Max-Planck-Gesellschaft

R. Maingi

Princeton University

J. Mailloux

Culham Science Centre

H. Maier

Max-Planck-Gesellschaft

A. Magnanimo

Max-Planck-Gesellschaft

J. Madsen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

T. Maceina

Max-Planck-Gesellschaft

A Lyssoivan

Koninklijke Militaire School

T. Lunt

Max-Planck-Gesellschaft

N.C. Luhmann

University of California

T. Luda Di Cortemiglia

Max-Planck-Gesellschaft

Z. Lu

Max-Planck-Gesellschaft

Yueqiang Liu

General Atomics

B. Lipschultz

University of York

O. Linder

Max-Planck-Gesellschaft

J. Likonen

Teknologian Tutkimuskeskus (VTT)

Li Li

Forschungszentrum Jülich

N. Leuthold

Columbia University

E. Lerche

Max-Planck-Gesellschaft

M Lehnen

ITER Organization

Ph Lauber

Max-Planck-Gesellschaft

P.T. Lang

Max-Planck-Gesellschaft

P. Lainer

Technische Universität Wien

A. Lahtinen

Aalto-Yliopisto

F. Laggner

Princeton University

K. Lackner

Max-Planck-Gesellschaft

B. Labit

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

B. Kurzan

Max-Planck-Gesellschaft

Taina Kurki-Suonio

Aalto-Yliopisto

D. Kulla

Max-Planck-Gesellschaft

O. Kudlacek

Max-Planck-Gesellschaft

K. Krieger

Max-Planck-Gesellschaft

A. Kreuzeder

Max-Planck-Gesellschaft

M. Krause

Max-Planck-Gesellschaft

A. Kramer-Flecken

Forschungszentrum Jülich

M. Kong

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

M. Komm

Czech Academy of Sciences

M. Koleva

Max-Planck-Gesellschaft

G. Kocsis

Centre for Energy Research

F. Klossek

Max-Planck-Gesellschaft

V. Klevarova

Universiteit Gent

S. Kjer Hansen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

A. Kirk

Culham Science Centre

M. Kircher

Max-Planck-Gesellschaft

E. Khilkevitch

Russian Academy of Sciences

W. Kernbichler

Technische Universität Wien

A. Kendl

University of Innsbruck

Y. Kazakov

Koninklijke Militaire School

S. Kasilov

Technische Universität Graz

C.-P. Kasemann

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J. Karhunen

Aalto-Yliopisto

A. Kappatou

Max-Planck-Gesellschaft

M. Kantor

Technische Universiteit Eindhoven

J. Kalis

Max-Planck-Gesellschaft

A. Kallenbach

Max-Planck-Gesellschaft

E. Joffrin

Le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA)

T. Jensen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

Frank Jenko

Max-Planck-Gesellschaft

F. Jaulmes

Czech Academy of Sciences

A. Jansen Van Vuuren

Universidad de Sevilla

F. Janky

Max-Planck-Gesellschaft

N. Jaksic

Max-Planck-Gesellschaft

W. Jacob

Max-Planck-Gesellschaft

S. Jachmich

ITER Organization

I. Ivanova-Stanik

Institute of Plasma Physics & Laser Microfusion (IPPLM)

C. Ionita Schrittwieser

University of Innsbruck

Klara Insulander Björk

Chalmers, Fysik, Subatomär, högenergi- och plasmafysik

J. Illerhaus

Max-Planck-Gesellschaft

M. Iliasova

Russian Academy of Sciences

V. Igochine

Max-Planck-Gesellschaft

K. Hunger

Max-Planck-Gesellschaft

A. Huber

Forschungszentrum Jülich

A. Hubbard

Massachusetts Institute of Technology (MIT)

A. Houben

Institut Jean Lamour

T. Höschen

Max-Planck-Gesellschaft

L. Horváth

University of York

C. Hopf

Max-Planck-Gesellschaft

M. Hölzl

Max-Planck-Gesellschaft

J.H. Holm

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

K. Höfler

Max-Planck-Gesellschaft

J. Hobirk

Max-Planck-Gesellschaft

F. Hitzler

Technische Universität München

E. Heyn

Technische Universität Graz

A. Herrmann

Max-Planck-Gesellschaft

S. Heuraux

Institut Jean Lamour

P. Hennequin

École polytechnique

S.S. Henderson

Culham Science Centre

T. Hellsten

General Atomics

P. Heinrich

Max-Planck-Gesellschaft

B. Heinemann

Max-Planck-Gesellschaft

T. Hayward-Schneider

Max-Planck-Gesellschaft

V. Hauer

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

J.R. Harrison

Culham Science Centre

G.F. Harrer

Technische Universität Wien

N. Den Harder

Max-Planck-Gesellschaft

T. Happel

Max-Planck-Gesellschaft

C. Ham

Culham Science Centre

A.H. Hakola

Teknologian Tutkimuskeskus (VTT)

D. Hachmeister

Instituto Superior Tecnico

S. Günter

Max-Planck-Gesellschaft

L. Guimarais

Instituto Superior Tecnico

A. Gude

Max-Planck-Gesellschaft

O. Grover

Max-Planck-Gesellschaft

M. Groth

Aalto-Yliopisto

M. Griener

Max-Planck-Gesellschaft

H. Greuner

Max-Planck-Gesellschaft

G. Grenfell

Max-Planck-Gesellschaft

A. Grater

Max-Planck-Gesellschaft

G. Granucci

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

D. Gradic

Max-Planck-Gesellschaft

T. Görler

Max-Planck-Gesellschaft

G. Gorini

Universita' degli Studi di Milano-Bicocca

T. Goodman

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

J. Gonzalez Martin

Universidad de Sevilla

J. Gonzalez

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M. Gobbin

Consorzio Rfx

S. Glöggler

Max-Planck-Gesellschaft

T. Gleiter

Max-Planck-Gesellschaft

O. Girka

Max-Planck-Gesellschaft

E. Giovannozzi

ENEA

L. Gil

Instituto Superior Tecnico

S. Gibson

Durham University

L. Giannone

Max-Planck-Gesellschaft

B. Geiger

University of Wisconsin Madison

M. Garcia-Munoz

Universidad de Sevilla

S. Garavaglia

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

Y. Gao

Forschungszentrum Jülich

A. Gallo

Le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA)

D. Gallart Escolà

Centro Nacional de Supercomputacion

J. Galdon-Quiroga

Universidad de Sevilla

K. Galazka

Institute of Plasma Physics & Laser Microfusion (IPPLM)

S. Futatani

Centro Nacional de Supercomputacion

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Max-Planck-Gesellschaft

J.C. Fuchs

Max-Planck-Gesellschaft

G. Fuchert

Max-Planck-Gesellschaft

M. Fröschle

Max-Planck-Gesellschaft

L. Frassinetti

Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)

O. Ford

Max-Planck-Gesellschaft

R. Fischer

Max-Planck-Gesellschaft

A. Figueredo

Instituto Superior Tecnico

O. Ficker

Czech Academy of Sciences

F Felici

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

H. Faugel

Max-Planck-Gesellschaft

M. Farník

Czech Academy of Sciences

U. Fantz

Max-Planck-Gesellschaft

D. Fajardo Jimenez

Max-Planck-Gesellschaft

M. Faitsch

Max-Planck-Gesellschaft

E. Fable

Max-Planck-Gesellschaft

B. Esposito

ENEA

A. Encheva

ITER Organization

S. Elgeti

Max-Planck-Gesellschaft

T. Eich

CFS

R. Dux

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B. Duval

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

M. Dunne

Max-Planck-Gesellschaft

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Dániel Dunai

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Universidad de Sevilla

M. Dibon

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A. Di Siena

Max-Planck-Gesellschaft

P. Denner

Forschungszentrum Jülich

R. Delogu

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P. De Marné

Max-Planck-Gesellschaft

M. De Baar

Technische Universiteit Eindhoven

C. Day

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

P. David

Max-Planck-Gesellschaft

A. Dal Molin

Universita' degli Studi di Milano-Bicocca

O. D’Arcangelo

ENEA Consorzio CREATE

I. Cziegler

University of York

G. Cseh

Centre for Energy Research

D.J. Cruz Zabala

Universidad de Sevilla

G. Croci

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

A. Creely

CFS

T.B. Cote

University of Wisconsin Madison

D. Coster

Max-Planck-Gesellschaft

S. Costea

University of Innsbruck

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Max-Planck-Gesellschaft

L. Colas

Le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA)

J.W. Coenen

Forschungszentrum Jülich

R. Coelho

Instituto Superior Tecnico

S. Coda

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)

F. Clairet

Le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA)

C. Cianfarani

ENEA

A. Chomiczewska

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A. V. Chankin

Max-Planck-Gesellschaft

C. Challis

Culham Science Centre

C. Cazzaniga

Consorzio Rfx

M. Cavedon

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A. Castillo Castillo

Max-Planck-Gesellschaft

C. Castaldo

ENEA

P. Carvalho

Instituto Superior Tecnico

M. Carr

Culham Science Centre

D. Carlton

Max-Planck-Gesellschaft

P. Cano Megías

Max-Planck-Gesellschaft

B. Cannas

Universita degli Studi di Cagliari

Y. Camenen

Aix-Marseille Université

A. Burckhart

Max-Planck-Gesellschaft

A. Buhler

Max-Planck-Gesellschaft

J. Buchanan

Culham Science Centre

F. Brochard

Institut Jean Lamour

Daniele Brida

Max-Planck-Gesellschaft

S. Brezinsek

Forschungszentrum Jülich

M. Brenzke

Forschungszentrum Jülich

H. Van Den Brand

Technische Universiteit Eindhoven

A. Bottino

Max-Planck-Gesellschaft

C. Bottereau

Le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA)

B. Böswirth

Max-Planck-Gesellschaft

A. Bortolon

Princeton University

N. Bonanomi

Max-Planck-Gesellschaft

T. Bolzonella

Consorzio Rfx

T. Body

Max-Planck-Gesellschaft

L. Bock

Max-Planck-Gesellschaft

A. Bock

Max-Planck-Gesellschaft

V. Bobkov

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T.C. Blanken

Technische Universiteit Eindhoven

G. Birkenmeier

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R. Bilato

Max-Planck-Gesellschaft

R. Bielajew

Massachusetts Institute of Technology (MIT)

A. Biancalani

Pôle Universitaire Léonard De Vinci

M. Bernert

Max-Planck-Gesellschaft

J. Bernardo

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M. Bergmann

Max-Planck-Gesellschaft

A. Bergmann

Max-Planck-Gesellschaft

M. Bauer

Max-Planck-Gesellschaft

A. Banon-Navarro

Max-Planck-Gesellschaft

V. Bandaru

Max-Planck-Gesellschaft

M. Balden

Max-Planck-Gesellschaft

O. Asunta

Aalto-Yliopisto

M. Astrain

Max-Planck-Gesellschaft

V. Artigues

Max-Planck-Gesellschaft

N. Arden

Max-Planck-Gesellschaft

C. Angioni

Max-Planck-Gesellschaft

E. Alessi

Istituto Di Fisica Del Plasma Piero Caldirola, Milan

D. Aguiam

Instituto Superior Tecnico

Nature Physics

1745-2473 (ISSN) 17452481 (eISSN)

Vol. In Press

Implementation of activities described in the Roadmap to Fusion during Horizon Europe through a joint programme of the members of the EUROfusion consortium

Europeiska kommissionen (EU) (101052200), 2021-01-01 -- 2025-12-31.

Ämneskategorier

Fusion, plasma och rymdfysik

DOI

10.1038/s41567-024-02666-y

Mer information

Senast uppdaterat

2024-11-08