In this work we investigate, in a fully-kinetic particle approach, the evolution of a blob inside a flux tube in the scrape-off-layer (SOL) plasma of a generic diverted medium-size tokamak and its contribution to the recorded particle and energy flux densities at the divertor. Initially, a steady-state background plasma is reached, with realistic plasma profiles in the parallel direction. On top of it, a blob source with given intensity and temperature is superimposed at the outer midplane. The blob source is active for 10 in order to emulate a generic blob with 1 cm diameter crossing the magnetic flux tube with a typical 1 km s−1 radial drift velocity. We have observed that most of the blob's hot electrons are screened off by the cold electrons of the SOL plasma and can travel towards the two divertors free of the initial ambipolar forces. Performing a density scan and having a blob-to-background density ratio in the source region, we observe that due to Coulomb collisions these hot electrons can reach the outer divertor or also the inner one, depending on the density of the background SOL plasma. Consequently, the midplane–divertor potential difference increases and the sheath expands leading to a significant increase in the background ion energy flux density onto the divertor. We also observe that when the blob ions reach the divertor the electron flux density on the divertor increases due to ambipolar forces. Through Coulomb collisions, a part of the thermal energy of the hot blob ions is transferred to the main (background) plasma, depending on the plasma density. Most of the energy deposited into the divertor is brought by the ions and the blob-induced background ion energy flux density becomes comparable (low-density case) or much higher (high-density case) than the blob ion energy flux density.
本稿では、完全運動論的粒子アプローチにより、一般的な中型トカマクのスクレイプオフ層（SOL）プラズマにおけるフラックスチューブ内のブロブの進化と、ダイバータにおける記録された粒子束密度およびエネルギーフラックス密度へのその寄与を調査する。まず、平行方向に現実的なプラズマプロファイルを有する定常状態の背景プラズマが達成される。その上に、強度と温度が与えられたブロブ源が外側赤道面に重ね合わせられる。ブロブ源は、直径1 cmのブロブが1 km s⁻¹の典型的な径方向ドリフト速度で磁気フラックスチューブを横切ることを模擬するため、10の間活性化される。ブロブの高温電子の大部分はSOLプラズマの低温電子によって遮蔽され、初期の両極性力から解放されて二つのダイバータに向かって伝播し得ることが観察された。密度スキャンを実施し、ソース領域におけるブロブ対背景密度比を変化させたところ、クーロン衝突により、これらの高温電子は背景SOLプラズマの密度に応じて、外側ダイバータまたは内側ダイバータのいずれかに到達し得ることが観察された。その結果、赤道面-ダイバータ間の電位差が増大し、シースが拡張されて、ダイバータにおける背景イオンエネルギーフラックス密度が有意に増加する。さらに、ブロブイオンがダイバータに到達すると、両極性力によりダイバータにおける電子フラックス密度が増加することも観察された。クーロン衝突を通じて、高温ブロブイオンの熱エネルギーの一部は、プラズマ密度に応じて主（背景）プラズマに伝達される。ダイバータに堆積するエネルギーの大部分はイオンによって運ばれ、ブロブ誘起の背景イオンエネルギーフラックス密度は、低密度の場合にはブロブイオンエネルギーフラックス密度と同程度となり、高密度の場合にはそれを大幅に上回る。