In high-current tokamak devices such as ITER, a runaway avalanche can cause a large amplification of a seed electron population. We show that disruption mitigation by impurity injection may significantly increase the runaway avalanche growth rate in such devices. This effect originates from the increased number of target electrons available for the avalanche process in weakly ionized plasmas, which is only partially compensated by the increased friction force on fast electrons. We derive an expression for the avalanche growth rate in partially ionized plasmas and investigate the effects of impurity injection on the avalanche multiplication factor and on the final runaway current for ITER-like parameters. For impurity densities relevant for disruption mitigation, the maximum amplification of a runaway seed can be increased by tens of orders of magnitude compared to previous predictions. This motivates careful studies to determine the required densities and impurity species to obtain tolerable current quench parameters, as well as more detailed modeling of the runaway dynamics including transport effects.
ITERのような大電流トカマク装置では、逃走アバランシェが種電子集団の大きな増幅を引き起こし得る。我々は、不純物入射によるディスラプション緩和が、そのような装置における逃走アバランシェ成長率を著しく増加させ得ることを示す。この効果は、弱電離プラズマ中でアバランシェ過程に利用可能な標的電子の数が増加することに起因し、その増加は高速電子に働く摩擦力の増加によって部分的にしか補償されない。我々は、部分電離プラズマ中のアバランシェ成長率の式を導出し、ITER類似のパラメータに対するアバランシェ増倍率と最終的な逃走電流への不純物入射の影響を調べる。ディスラプション緩和に関連する不純物密度では、逃走電子の種の最大増幅は、従来の予測と比較して数十桁増加し得る。これは、許容可能な電流クエンチパラメータを得るために必要な不純物密度と不純物種を決定するための慎重な研究と、輸送効果を含む逃走ダイナミクスのより詳細なモデリングを動機付ける。