Edge codes such as SOLPS-ITER find distributions of impurity ions, e.g. of C, N, Ne and Ar, in the divertor and SOL which are quite non-uniform spatially, both poloidally and radially. Poloidally, impurity ion density distributions often have strong peaks near the targets as well as a peak on/near the separatrix in the main SOL near the outside midplane. A high density of low-Z impurities near the targets is quite desirable since cold, dense divertor plasma conditions there result in very efficient radiative dissipation of power. By contrast, impurity concentration near the outside midplane separatrix is often quite undesirable since the impurity density there is essentially the boundary value for impurity levels in the confined plasma. In order to better understand the poloidal distribution of impurities in the edge plasma, a simple analytic 1D impurity fluid model, 1DImpFM, has been developed for the transport along open field lines of impurity ions in a specified fuel-plasma background. Often, the strongest parallel forces acting on impurity ions in the edge plasma are (i) FiG, the (fuel) ion temperature parallel-gradient force ('thermal force'), and (ii) FF, the friction force between fuel and impurity ions ('friction force'). Recently, Senichenkov et al (2019 Plasma Phys. Control. Fusion61 045013) reported the extremely useful and informative result that the impurity ion parallel velocity calculated by the SOLPS-ITER code can be remarkably well reproduced by assuming the simple force balance FF + FiG = 0. In the present paper the basis for, and a number of basic predictions of, the 1DImpFM are reported including an assessment of the circumstances under which FF + FiG = 0 can be expected to be a good approximation. The 1DImpFM is used to elucidate the competing roles of thermal and friction forces, as they control three key features of edge impurity behavior: (a) leakage of impurity ions from the divertor, (b) the peaking of impurity density near the targets, and (c) impurity ion accumulation near the midplane separatrix; the model provides simple analytic expressions for estimating the divertor leakage rate (ions/m2/s) and impurity density peaking/accumulation (ions/m3). A subsequent paper will report comparisons of results from the 1DImpFM and from SOLPS-ITER modeling of some ITER cases with neon impurities.
エッジコードであるSOLPS-ITERは、ダイバータおよびSOL内における不純物イオン（例えばC、N、Ar）の分布を求めるものであり、これらの分布は空間的に、ポロイダル方向およびラジアル方向の両方において、かなり不均一である。ポロイダル方向には、不純物イオン密度はダイバータ付近で強いピークを持つことが多く、また、外側ミッドプレーン付近のメインSOLにおけるセパラトリクス上またはその近傍でもピークを示す。ダイバータ付近における低Z不純物の高密度は、そこでの低温・高密度ダイバータプラズマ条件が非常に効率的な放射による電力散逸をもたらすため、かなり望ましい。対照的に、外側ミッドプレーンセパラトリクス近傍での不純物濃度は、そこでの不純物密度が閉じ込めプラズマ中の不純物レベルの実質的な境界値となるため、しばしば望ましくない。エッジプラズマ中の不純物のポロイダル分布をよりよく理解するために、指定された燃料プラズマ背景場中での開いた磁力線に沿った不純物イオンの輸送を記述する、単純な解析的1次元不純物流体モデルである1DImpFMが開発された。エッジプラズマ中の不純物イオンに働く最も強い平行方向の力は、しばしば、(i) FiG、すなわち（燃料）イオン温度の平行方向勾配による力（「熱力」）、および(ii) FF、すなわち燃料イオンと不純物イオンの間の摩擦力（「摩擦力」）である。最近、Senichenkovら（2019 Plasma Phys. Control. Fusion 61 045013）は、SOLPS-ITERによって計算された不純物イオンの平行方向速度が、単純な力の釣り合いFF + FiG = 0を仮定することによって極めて良好に再現できるという、極めて有用かつ有益な結果を報告した。本論文では、1DImpFMの基礎と、その基本的な予測のいくつかを報告し、FF + FiG = 0が良い近似として期待できる状況の評価を含める。1DImpFMを用いて、熱力と摩擦力の競合する役割を解明する。なぜなら、これらの力がエッジ不純物挙動の3つの重要な特徴を支配するからである：(a) ダイバータからの不純物イオンの漏出、(b) ダイバータ近傍での不純物密度のピーキング、および(c) ミッドプレーンセパラトリクス近傍での不純物イオンの蓄積。このモデルは、ダイバータ漏出率（ions/m2/s）および不純物密度のピーキング/蓄積（ions/m3）を推定するための単純な解析的表現を提供する。続く論文では、ネオン不純物を含むいくつかのITERケースについて、1DImpFMの結果とSOLPS-ITERモデリングの結果との比較を報告する予定である。