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Effect of tungsten off-axis accumulation on neutral beam deposition in JET rotating plasmas

T Koskela, M Romanelli, P Belo, O Asunta, S Sipilä, M OMullane, L Giacomelli, S Conroy, P Mantica, M Valisa2015年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Evidence for low field side accumulation of tungsten is often observed in bolometry and soft x-ray emissivities of highly rotating JET ITER-like wall (ILW) plasmas. Poloidal variation of the density of high-Z impurities, such as tungsten, in the core of NBI heated plasmas is expected from neoclassical theory due to charge displacement and parallel electric field generated by the centrifugal force. We calculate the poloidally asymmetric distribution of tungsten using fluid equations and a 1D transport simulation with the JETTO/SANCO code. Peaking of tungsten on the outboard side of the plasma is found and verified with soft x-ray and bolometry measurements. We then study the effect of a poloidally asymmetric tungsten distribution on the distribution of the NBI heat source by simulations with the Monte Carlo code ASCOT. The simulations show that the poloidally asymmetric tungsten profile redistributes the fast NBI ions radially through shifting their ionization profile and poloidally through enhanced pitch-angle scattering at high energy. The amplitude of the redistribution is in the order of 10% for the highest nW/ne ratios of ∼10−4 measured in recent JET H-mode plasmas. As a result of the scattering of the beam particles, the core heat deposition is changed less than 10%, which does not have a significant impact to the performance of JET plasmas. The modelling is in qualitative agreement with measurements by the vertical neutron camera that sees a broadening in the 2.5 MeV neutron profile when tungsten peaks on the outboard side of the plasma.

日本語訳

JETのITERライク壁(ILW)プラズマにおける高回転プラズマのボロメトリーおよび軟X線計測では、タングステンの低磁場側への蓄積がしばしば観測される。NBI加熱プラズマのコアにおけるタングステンなどの高Z不純物の密度のポロイダル方向の変化は、遠心力によって生じる電荷分離と平行電場により、新古典理論から予想される。我々は、流体方程式とJETTO/SANCOコードを用いた1次元輸送シミュレーションにより、タングステンのポロイダル方向の非対称分布を計算する。プラズマの外側へのタングステンのピーキングが確認され、軟X線およびボロメトリー計測と検証された。次に、ASCOTコードによるシミュレーションを用いて、タングステンのポロイダル方向の非対称分布がNBI熱源の分布に及ぼす影響を調べた。シミュレーションにより、タングステンのポロイダル方向の非対称分布は、高速NBIイオンの電離分布をシフトさせることにより動径方向に、また高エネルギーでのピッチ角散乱の増強によりポロイダル方向に、高速NBIイオンを再分布させることが示された。再分布の大きさは、最近のJET Hモードプラズマで測定された最高のnW/ne比(約10−4)に対して約10%のオーダーである。ビーム粒子の散乱の結果、コアへの熱堆積は10%未満しか変化せず、JETプラズマの性能に有意な影響はない。このモデリングは、タングステンがプラズマの外側でピークを迎える際に2.5 MeV中性子プロファイルの広がりが見られるという垂直中性子カメラの計測と定性的に一致する。

装置

jet高精度(タイトル一致)iter中精度(概要文一致)

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JETTungstenNeutral beamRotating plasma
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