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Particle and parallel momentum balance equations with inclusion of drifts, for modelling strong- to weakly-collisional edge plasmas

A. V. Chankin, P. C. Stangeby2006年被引用 5Nuclear FusionIF 3出版社

A system of plasma particle and parallel momentum balance equations is derived appropriate for understanding the role of drifts in the edge and for edge modelling, particularly in the scrape-off layer (SOL) of tokamaks, stellarators and other magnetic confinement devices. The formulation allows for strong collisionality—but also covers the case of weak collisionality and strong drifts, a combination often encountered in the SOL. The most important terms are identified by assessing the magnitude of characteristic velocities and fluxes for the plasma edge region. Explanations of the physical nature of each term are provided. A number of terms that are sometimes not included in edge modelling has been included in the parallel momentum balance equation after detailed analysis of the parallel component of the gradient of the total pressure-stress tensor. This includes terms related to curvature and divergence of the field lines, as well as further contributions coming from viscous forces related mainly to the ion centrifugal drift. All these terms are shown to be roughly of the same order of magnitude as convective momentum fluxes related to drifts and therefore should be included in the momentum balance equation.

日本語訳

プラズマ粒子および平行運動量バランス方程式の系が導出され、これはエッジにおけるドリフトの役割の理解およびエッジモデリング、特にトカマク、ステラレータ、その他の磁気閉じ込め装置のスクレイプオフ層(SOL)に適している。この定式化は強い衝突性を許容するが、弱い衝突性と強いドリフトの場合もカバーしており、これはSOLでしばしば遭遇する組み合わせである。最も重要な項は、プラズマエッジ領域における特性速度およびフラックスの大きさを評価することによって特定される。各項の物理的性質の説明が提供される。全圧力-応力テンソルの平行成分の勾配の詳細な解析の後、エッジモデリングにしばしば含まれないいくつかの項が平行運動量バランス方程式に含められている。これには、磁力線の曲率および発散に関連する項、ならびに主にイオン遠心ドリフトに関連する粘性力に由来する追加の寄与が含まれる。これらすべての項は、ドリフトに関連する対流運動量フラックスとほぼ同程度の大きさであることが示され、したがって運動量バランス方程式に含まれるべきである。

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Edge plasma
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