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Study of radial field dependent flows in inboard limited Aditya-U plasmas using EMC3-Eirene simulations

Arzoo Malwal, Devendra Sharma, Bibhu Prasad Sahoo, Yühe Feng2025年11月Nuclear FusionIF 3出版社

The intrinsically generated plasma rotation in magnetically confined tokamak plasmas has implications for a number of edge and core phenomena. In recent Aditya-U tokamak circular plasma discharges with plasma current of range (142–170) kA, the toroidal rotation was measured to be finite of the order of km s−1, which reduced with increasing plasma edge density ranging from (1–3) m−3. As explored by 3D EMC3-Eirene simulations, the primary driver of the background rotation field in Aditya-U is the pressure gradients maintained by the limiter sink action in the SOL region. In the fresh EMC3-Eirene plasma-neural transport simulations of these inboard limited plasmas, two sets with input power in the SOL, 60 kW and 300 kW are simulated such that they are comparable to phases with and without impurity-injection, respectively. The toroidal velocities in them are compared with the experimental observation of toroidal flows, where measurement of the corresponding radial electric field Er also became available. The velocity of intrinsic toroidal rotation, which was reported as measured using the Doppler shift of carbon spectral lines in the edge region, was estimated to be of the order of the velocity. Although this estimation is validated here by radial electric field strengths computed from the simulated plasma temperature, which was unavailable from the experiments, the gradients are shown to be the driver of the background rotation. This rotation in experiments is conditionally compensated by drift such that it is captured only when Er is either dominant or approaches zero because of impurity injection. The Er from the present simulations is additionally obtainable from the temperature profiles even though the drifts generated by it are excluded from the simulations. To highlight the impact of negligible temperature gradients it is preferable to compare low-power cases with the impurity injection phases of experiments. The missing impact of impurity injection is thus accounted for in terms of the background temperature profile potentially modified by them, while the original interpretation assumed negligible temperature variation under all conditions.

日本語訳

磁気閉じ込めトカマクプラズマにおいて本質的に生成されるプラズマ回転は、多くの周辺部およびコア現象に影響を及ぼす。最近のAditya-Uトカマクの円形プラズマ放電(プラズマ電流範囲 (142–170) kA)において、トロイダル回転は有限の値として測定され、そのオーダーは km s−1 であり、これは (1–3) m−3 の範囲のプラズマ周辺密度の増加とともに減少した。3D EMC3-Eirene シミュレーションによって調査されたように、Aditya-U における背景回転場の主要な駆動源は、SOL領域におけるリミターシンク作用によって維持される圧力勾配である。これらの内側リミター限定プラズマの新しいEMC3-Eireneプラズマ-ニューラル輸送シミュレーションでは、SOLへの入力電力が60 kWと300 kWの2セットが、それぞれ不純物入射ありとなしの位相に匹敵するようにシミュレートされた。それらにおけるトロイダル速度は、トロイダル流の実験的観測と比較され、そこでは対応する径電場 Er の測定も利用可能となった。周辺領域における 炭素スペクトル線のドップラー偏移を用いて測定されたと報告されている固有トロイダル回転の速度は、 速度のオーダーであると推定された。この推定は、実験からは得られなかったシミュレーションされたプラズマ温度から計算された径電場強度によってここで検証されるが、勾配が背景回転の駆動源であることが示されている。実験におけるこの回転は、 ドリフトによって条件的に補償され、Er が支配的であるか、または不純物入射のためにゼロに近づく場合にのみ捕捉される。本シミュレーションからの Er は、それによって生成されるドリフトがシミュレーションから除外されているにもかかわらず、温度プロファイルから追加的に得ることができる。無視できる温度勾配の影響を強調するには、低電力の場合を実験の不純物入射位相と比較することが望ましい。不純物入射の欠落した影響は、それらによって潜在的に修正された背景温度プロファイルの観点から説明され、一方、元の解釈はすべての条件下で無視できる温度変化を仮定していた。

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ADITYAADITYA-UEMC3-EIRENE

AIによる論文要約

EMC3-Eireneシミュレーションを用いたインボードリミター型Aditya-Uプラズマにおける動径電場依存フローの研究
JAトカマクプラズマの周辺物理や自発回転に興味がある核融合研究者や大学院生#EMC3Eirene #AdityaUTokamak #プラズマ回転 #径電場 #核融合
LLM向け: {"Title": "EMC3-EireneシミュレーションによるAditya-Uプラズマの動径電場依存フロー研究", "Authors": "記載なし", "…

トカマクプラズマでは自然に発生する回転流が重要な役割を果たします。Aditya-Uトカマクの実験で、周辺密度が増えるとトロイダル回転速度が減少することが観測されました。3DシミュレーションコードEMC3-Eireneを用いて、この回転の主な駆動力がスクレイプオフ層(SOL)での圧力勾配であることが示されました。シミュレーションでは、60kWと300kWの入力パワーで2つのケースを計算し、不純物注入がない場合とある場合を模擬しました。計算されたトロイダル速度と径電場は実験と比較され、実験で測定された炭素スペクトル線のドップラーシフトから推定された回転速度と一致しました。また、径電場は温度勾配からも導出可能で、不純物注入時に電場が支配的になることを示しました。この研究は、プラズマ回転の理解に役立ちます。

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