Investigating radiated power in fusion plasmas is of utmost importance to understand the effect of undesired impurities, such as metals, in present devices, or also desired impurities, such as noble gasses, to purposefully radiate a large fraction of power in future devices. These studies are especially important for high Z impurities which will play a crucial role in future generation fusion pilot plants. In this work, we have developed a power radiation analysis module, which is used to investigate 2D distributions of impurity densities and radiated power asymmetries caused due to both plasma rotation and the cooling rate dependence on temperature profile for the cases of experimental NSTX plasmas and designed scenarios for the spherical tokamak advanced reactor (STAR), both being low aspect ratio tokamaks. Two different atomic databases have been tested during this work to study their impact on the radiated power distribution, especially for high Z impurities. Also in PRAM, self-consistent calculations of two-dimensional electron, main ion, and impurity ion densities are carried out using one-dimensional input density, temperature, and rotation profiles. In the case of NSTX, discharges with high rotation of ∼ 170 km s, measured with charge exchange recombination spectroscopy, have been investigated. Rotation-induced charge separation, leading to an electrostatic potential, is calculated iteratively to a self-consistent solution while testing high Z impurities to observe any 2D asymmetry in the core radiated power due to centrifugal forces. The STAR design, being much larger (R = 4 m), is projected to have a much lower rotation, and is shown to have low rotation-induced asymmetries, on the order of ten percent or less, between the low field and high field sides. However, another effect not due to rotation but to the dependence of impurity cooling rates on temperature can lead to radiation peaking off-axis, near the plasma edge. This effect is noticeable for argon in NSTX, for example, but can also be enhanced for certain impurities at much higher temperatures projected for STAR ( keV), for example for undesired tungsten or possibly desired xenon.
核融合プラズマにおける放射パワーの調査は、現在の装置における金属などの望ましくない不純物、あるいは将来の装置において意図的に大きなパワー割合を放射させるための希ガスなどの望ましい不純物の影響を理解するために極めて重要である。これらの研究は、次世代核融合パイロットプラントにおいて決定的な役割を果たすであろう高Z不純物にとって特に重要である。本研究では、我々は放射パワー解析モジュールを開発し、それを用いて、実験的なNSTXプラズマと球状トカマク先進炉（STAR）の設計シナリオ（いずれも低アスペクト比トカマク）について、プラズマ回転と温度プロファイルに対する冷却率の依存性の両方に起因する不純物密度の2次元分布および放射パワー非対称性を調査した。本研究では、2つの異なる原子データベースを試験し、特に高Z不純物について、放射パワー分布への影響を調べた。また、PRAMでは、1次元の入力密度・温度・回転プロファイルを用いて、2次元の電子密度、主イオン密度、不純物イオン密度の自己無矛盾計算が実行される。NSTXの場合、荷電交換再結合分光法で測定された∼ 170 km sの高速回転を持つ放電を調査した。回転によって引き起こされ、静電ポテンシャルをもたらす電荷分離は、遠心力によるコア放射パワーにおける2次元非対称性の有無を観察するために高Z不純物を試験しながら、自己無矛盾解へ向けて反復計算された。STAR設計は、はるかに大型（R = 4 m）であり、はるかに低い回転を有すると予測されており、低磁場側と高磁場側の間の回転誘起非対称性が10パーセント以下程度と小さいことが示されている。しかしながら、回転によるものではなく、温度に対する不純物冷却率の依存性による別の効果が、プラズマ端近くの軸外での放射ピーキングを引き起こす可能性がある。この効果は、例えばNSTXにおけるアルゴンに対して顕著であるが、STARで予測されるはるかに高い温度（ keV）では、例えば望ましくないタングステンや、場合によっては望ましいキセノンなど、特定の不純物に対して増強され得る。