This study investigates the relationship between electron pedestal density and the location of the ionization peak on neutral penetration in DIII-D H-mode plasmas, utilizing a database of Lyman-α emission measurements. The high electron density leads to neutrals being ‘screened’ and the ionization front being pushed out into the Scrape-Off Layer (SOL). This is also referred to as the neutral opaqueness, which is heuristically expected to scale with edge plasma density and machine size. However, at lower electron pedestal density, the penetration depth of the neutrals varies, and measured opaqueness deviates from the heuristic scaling. The database reveals that at low density, when the ionization peak is located in SOL region, the linear relationship between the electron density and neutral penetration holds. However, when the peak is located inside the separatrix, the penetration of the neutrals () is much wider –3.5 cm, breaking the heuristic opaqueness approximation. These findings provide valuable insights into fueling efficiency and plasma behavior, with implications for Fusion Pilot Plants where high pedestal densities are anticipated and where the neutral opaqueness behaves like its heuristic approximation. This analysis offers a framework to refine neutral opaqueness approximations, enhancing the predictive capability for advanced tokamak operations.
本研究は、DIII-D Hモードプラズマにおける電子ペデスタル密度と、中性粒子浸透に対する電離ピークの位置との関係を、ライマンα発光測定のデータベースを用いて調査するものである。高電子密度は、中性粒子が「遮蔽」され、電離フロントがスクレイプオフ層(SOL)へ押し出されることにつながる。これは中性粒子不透明度とも呼ばれ、経験則的に周辺プラズマ密度と装置サイズに比例すると予想される。しかしながら、より低い電子ペデスタル密度では、中性粒子の浸透深さが変化し、測定された不透明度は経験則的スケーリングから逸脱する。データベースは、低密度時、電離ピークがSOL領域に位置する場合、電子密度と中性粒子浸透の間の線形関係が成り立つことを示している。しかし、ピークがセパラトリックス内側に位置する場合、中性粒子の浸透距離()ははるかに広く–3.5 cmとなり、経験則的不透明度近似を破る。これらの発見は、燃料供給効率とプラズマ挙動への貴重な洞察を提供し、高ペデスタル密度が予想され、中性粒子不透明度がその経験的近似的挙動を示す核融合パイロットプラントへの示唆を与える。この分析は、中性粒子不透明度近似を改良する枠組みを提供し、先進トカマク運転の予測能力を強化する。