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Simulation study of the influence of E× B drift on tungsten impurity transport in the scrape-off layer

Jin Guo, Yuchen Xu, Shifeng Mao, Minyou Ye2023年被引用 1Nuclear FusionIF 3出版社

Tungsten (W) is used as the plasma-facing material in the divertor region of future fusion reactors, such as ITER; however, its concentration in the core plasma must be maintained at an extremely low level. W transport in the scrape-off layer (SOL), which is related to the source of core W contamination, has been extensively studied. In this study, the influence of E× B drift on the transport of W impurity in the SOL is studied via numerical simulations of a model case based on EAST upper single-null configuration with high recycling divertor plasma. W transport is simulated using DIVIMP on the background plasma obtained from scape-off layer plasma simulation-ITER simulation including drifts. The E× B drift of W ions is introduced based on the background electric field. Therefore, both the direct E× B drift effect of W ion and the indirect effect via background plasma on W transport in the SOL are studied. The influence on the flux of W impurities entering confined plasma across the last closed flux surface Γenter is focused on, which is expected to be proportional to the core W concentration. Results reveal that Γenter is mainly from the outer (inner) target under a favorable (unfavorable) toroidal field BT and can be increased by more than one order of magnitude compared with the case without drifts; this reflects the significant effect of E× B drift. The effects due to the background plasma and the poloidal and radial E× B drift of W ion, as well as the related mechanisms, are analyzed in detail for three stages of W transport in the SOL: effective sputtering from the target, leakage from the divertor, and entry into the confined plasma.

日本語訳

タングステン(W)は、ITERなどの将来の核融合炉におけるダイバータ領域のプラズマ対向材料として使用されるが、炉心プラズマ中のその濃度は極めて低いレベルに維持されなければならない。スクレイプオフ層(SOL)におけるWの輸送は、炉心W混入源に関連するため、広く研究されてきた。本研究では、高リサイクリングダイバータプラズマを有するEAST上部単一ヌル配位に基づくモデルケースの数値シミュレーションにより、SOLにおけるW不純物輸送に及ぼすE×Bドリフトの影響を調べた。W輸送は、ドリフトを含むスクレイプオフ層プラズマシミュレーションから得られた背景プラズマ上で、DIVIMPを用いてシミュレーションした。WイオンのE×Bドリフトは、背景電場に基づいて導入された。したがって、SOLにおけるW輸送に対するWイオンの直接的なE×Bドリフト効果と、背景プラズマを介した間接的な効果の両方が研究された。閉じ込めプラズマへ進入するW不純物フラックス(最後の閉磁気面を横切るΓ_enter)への影響に焦点を当てた。Γ_enterは炉心W濃度に比例すると予想される。結果は、Γ_enterが主に(好ましい( unfavorable)トロイダル磁場B_Tの下での)外側(内側)ターゲットから生じ、ドリフトがない場合と比較して1桁以上増加し得ることを示した。これはE×Bドリフトの顕著な効果を反映している。SOLにおけるW輸送の3つの段階、すなわち、ターゲットからの有効スパッタリング、ダイバータからの漏出、および閉じ込めプラズマへの進入について、背景プラズマとWイオンのポロイダルおよびラジアルE×Bドリフトによる影響と、関連するメカニズムを詳細に分析した。

装置

east低精度(概要文一致)iter低精度(概要文一致)

wiki

TungstenImpurityScrape-off layerImpurity transport
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