This work presents ASDEX Upgrade experiments, where the nitrogen deposition and re-erosion on divertor manipulator samples and the effect of its transport through the plasma were studied. These results are compared to WallDYN-DIVIMP simulations based on SOLPS plasma backgrounds and employing an improved WallDYN model, which includes the effusion of nitrogen from saturated surfaces. On one hand, this allows the WallDYN code and the new saturation model with a comprehensive data set to be benchmarked, on the other hand the simulations help in the interpretation of the experimental results. Both, experimental results and simulations, show that the N content in the region of the outer strike line reaches its steady-state value within one discharge. The simulations also reproduce the experimentally observed nitrogen content in samples exposed to N2-seeded discharges. With respect to the boron deposition, the nitrogen deposition in a non-seeded discharge and the re-erosion of nitrogen discrepancies to the WallDYN-DIVIMP simulations are observed. Based on SDTrimSP simulations, these are attributed to the missing depth resolution of the WallDYN surface model. A detailed comparison of spectroscopic measurements to WallDYN simulations, based on a novel synthetic spectroscopy diagnostic for WallDYN, shows that the nitrogen fluxes in the plasma are well described by the simulations. From a comparison of several WallDYN-DIVIMP simulations employing customized onion-skin model plasma backgrounds the physical processes controlling the nitrogen concentration in the core plasma and the applicability of onion-skin model plasma backgrounds are discussed. From these simulations the private flux zone with the gas valve, the outer baffle and the high field side main wall are identified as the main sources for the nitrogen content of the core plasma.
本作業では、ASDEX Upgrade実験を提示し、ダイバータマニピュレータ試料上への窒素堆積と再侵食、およびプラズマを通したその輸送の影響を研究した。これらの結果は、SOLPSプラズマ背景に基づき、飽和表面からの窒素の流出を含む改良版WallDYNモデルを用いたWallDYN-DIVIMPシミュレーションと比較された。一方で、これによりWallDYNコードと新しい飽和モデルを包括的なデータセットで検証することができ、他方でシミュレーションは実験結果の解釈に役立つ。実験結果とシミュレーションの両方は、外側ストライク点領域におけるN含有量が1回の放電内で定常状態値に達することを示している。シミュレーションはまた、N2シード放電に曝露された試料中の実験的に観測された窒素含有量を再現する。ホウ素堆積に関しては、非シード放電における窒素堆積と、WallDYN-DIVIMPシミュレーションとの窒素再侵食の不一致が観測された。SDTrimSPシミュレーションに基づき、これらはWallDYN表面モデルの深さ分解能の欠如に起因するものとされた。分光測定とWallDYNシミュレーションの詳細な比較は、WallDYNの新規合成分光診断に基づき、プラズマ中の窒素フラックスがシミュレーションによって良好に記述されることを示している。カスタマイズされたオニオンスキンモデルプラズマ背景を用いた複数のWallDYN-DIVIMPシミュレーションの比較から、コアプラズマ中の窒素濃度を制御する物理過程と、オニオンスキンモデルプラズマ背景の適用可能性が議論される。これらのシミュレーションから、ガスバルブを備えたプライベートフラックス領域、外側バッフル、および高磁場側主壁が、コアプラズマの窒素含有量の主な供給源として特定される。