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Reduction of pulsed particle load with dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux

Yuki Hayashi, Hirohiko Tanaka, Noriyasu Ohno, Shin Kajita, Thomas Morgan, Hennie van der Meiden, John Scholten, Jordy Vernimmen, Hiroki Natsume, Keiji Sawada2022年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

From pulsed plasma experiments focusing on neutral pressure dependence, the impacts of a transition from a low to a high recycling target on the particle load were investigated and discussed in the linear plasma device, Magnum-PSI. Time traces of the target ion flux were mitigated in high neutral pressure cases because of a plasma-neutral interaction. On the other hand, in low neutral-pressure cases, the target ion flux indicated partial suppression in the last part of the pulse. The Langmuir probe, located 200 mm upstream from the target plate, did not exhibit such a suppression. Pulse suppression can be expected from the localized interaction between recycled neutral flux and pulsed plasma in front of the target. The mean-free paths of recycled neutral particles regarding the charge exchange with pulse ions and elastic scattering with background neutral particles were compared. Modeling using a fluid code coupled with a neutral transport code was performed, and it was concluded that dynamic pressure induced by the transient recycled neutral flux caused sufficient momentum loss to stagnate the pulsed plasma toward the target plate.

日本語訳

中性子圧力依存性に焦点を当てたパルスプラズマ実験から、線形プラズマ装置Magnum-PSIにおいて、低リサイクリングから高リサイクリングターゲットへの遷移が粒子負荷に及ぼす影響を調査し、考察した。高中性子圧力のケースでは、プラズマ-中性子相互作用により、ターゲットへのイオン束の時間変化が緩和された。一方、低中性子圧力のケースでは、ターゲットへのイオン束はパルスの後半部分において部分的な抑制を示した。ターゲット板から200 mm上流に位置するラングミュアプローブでは、そのような抑制は観測されなかった。パルス抑制は、ターゲット前方におけるリサイクリング中性子束とパルスプラズマとの間の局所的な相互作用によって生じると考えられる。リサイクリング中性子粒子の電荷交換(パルスイオンとの)および弾性散乱(背景中性子粒子との)に関する平均自由行程を比較した。中性子輸送コードと結合した流体モデリングを用いたシミュレーションを実施し、過渡的なリサイクリング中性子束によって誘起される動圧が、ターゲット板に向かうパルスプラズマを停滞させるのに十分な運動量損失を引き起こすと結論付けた。

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