For the first time the pellet cycle of a multiple-isotope plasma is successfully reproduced with reduced turbulent transport modelling, within an integrated simulation framework. Future nuclear fusion reactors are likely to be fuelled by cryogenic pellet injection, due to higher penetration and faster response times. Accurate pellet cycle modelling is crucial to assess fuelling efficiency and burn control. In recent Joint European Torus tokamak experiments, deuterium pellets with reactor-relevant deposition characteristics were injected into a pure hydrogen plasma. Measurements of the isotope ratio profile inferred a deuterium penetration time comparable to the energy confinement time. The modelling successfully reproduces the plasma thermodynamic profiles and the fast deuterium penetration timescale. The predictions of the reduced turbulence model QuaLiKiz in the presence of a negative density gradient following pellet deposition are compared with GENE linear and nonlinear higher fidelity modelling. The results are encouraging with regard to reactor fuelling capability and burn control.
初めて、複数同位体プラズマのペレットサイクルが、統合シミュレーションフレームワーク内での縮約乱流輸送モデリングによって首尾よく再現された。将来の核融合炉は、より深い浸透とより速い応答時間のために、極低温ペレット注入によって燃料供給される可能性が高い。正確なペレットサイクルモデリングは、燃料供給効率と燃焼制御を評価するために極めて重要である。最近のJoint European Torusトカマク実験では、炉に関連する堆積特性を持つ重水素ペレットが純水素プラズマに注入された。同位体比プロファイルの測定により、重水素の浸透時間はエネルギー閉じ込め時間に匹敵することが推測された。モデリングは、プラズマの熱力学的プロファイルと速い重水素浸透時間スケールを首尾よく再現する。ペレット堆積後の負の密度勾配の存在下での縮約乱流モデルQuaLiKizの予測は、GENEの線形および非線形の高忠実度モデリングと比較される。結果は、核融合炉の燃料供給能力と燃焼制御に関して有望である。