Stationary density distributions of impurities such as carbon, oxygen and iron, in various states of ionization, and related energy losses in tokamak plasmas are calculated numerically, taking into account cross-field classical and anomalous diffusions and ionization-recombination processes. The numerical model provides results in good agreement with ST and TFR experiments. The computed results suggest that the diffusion of impurity ions is not classical, and related energy losses due to impurities cause strong cooling of the plasma near the boundary. The related energy losses will become more serious in a large tokamak of the next generation, since computation shows that they amount to 0.1 MW·m−3 of power loss at a concentration of 5–10% carbon, 2–5% oxygen or 0.1–0.3% iron.
炭素、酸素、鉄などの不純物の様々なイオン化状態における定常密度分布と、トカマクプラズマにおける関連するエネルギー損失を、横断方向の古典的および異常拡散とイオン化-再結合過程を考慮して数値的に計算する。この数値モデルはSTおよびTFR実験とよく一致する結果を与える。計算結果は、不純物イオンの拡散は古典的ではなく、不純物による関連するエネルギー損失がプラズマの境界近傍で強い冷却を引き起こすことを示唆している。関連するエネルギー損失は次世代の大型トカマクにおいてより深刻になるであろう。なぜなら、計算によれば、5〜10%の炭素、2〜5%の酸素、または0.1〜0.3%の鉄の濃度において、それらは0.1 MW·m−3の電力損失に相当するからである。