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Evaluation of tungsten influx rate using line emissions from W5+ ions in EAST tokamak

Fengling Zhang, Darío Mitnik, Ling Zhang, Runjia Bao, Wenmin Zhang, Shigeru Morita, Yunxin Cheng, Ailan Hu, Chengxi Zhou, Jihui Chen2025年3月Nuclear FusionIF 3出版社

The S/XB ratios (ionization events per emitted photon) allow one to relate spectroscopic emissivity measurements to the impurity influx from a localized source. In this work, we determine the tungsten influx by examining two dominant extreme ultraviolet line emissions at 382.13 Å and 394.07 Å, corresponding to the radiative transitions of the W5+ ion. The ground configuration of W5+ consists of the ground level and a metastable level, with the latter having a higher population than the ground state. Therefore, a simple approach assuming that the transitions are independent, i.e. only populated by a unique level source, requires correction. To address this, we have developed a fully collisional-radiative modeling in which 430 levels contribute to the ionization. We have utilized three advanced computational codes – hullac (Hebrew University—Lawrence Livermore Atomic Code, AS (AutoStructure), and FAC (Flexible Atomic Code) – for the atomic structure calculations. These codes provide the necessary information such as wavelengths, collisional and radiative transition rate coefficients. The fac code was also used to calculate the direct electron-impact ionization under the distorted-wave approximation. We also included contributions to total ionization from excitation-autoionization processes up to n = 15 manifolds from the distorted-wave calculations. Subsequently, we used these results to ascertain the tungsten impurity influx in a dedicated discharge of the EAST tokamak, which operates with full tungsten divertors. In our findings, we observed that for the density range relevant to the edge region of a tokamak plasma, the S/XB ratios are almost independent of electron density but exhibit significant variation with electron temperature.

日本語訳

S/XB比(放出光子あたりの電離イベント数)により、分光放射率測定値を局所源からの不純物流入量に関連付けることができる。本研究では、W5+イオンの放射遷移に対応する382.13 Åおよび394.07 Åの2つの主要な極端紫外線輝線放射を調べることにより、タングステン流入量を決定する。W5+の基底配置は基底準位と準安定準位から構成され、後者は基底状態よりも高い占有率を有する。したがって、遷移が独立である、すなわち唯一の準位源のみによって占有されると仮定する単純なアプローチは補正を必要とする。これに対処するため、我々は430準位が電離に寄与する完全衝突放射モデリングを開発した。原子構造計算には、3つの高度な計算コード、すなわちhullac(ヘブライ大学—ローレンス・リバモア原子コード)、AS(AutoStructure)、およびFAC(Flexible Atomic Code)を利用した。これらのコードは、波長、衝突および放射遷移率係数などの必要な情報を提供する。FACコードはまた、歪波近似の下での直接電子衝突電離を計算するためにも使用された。また、歪波計算から得られたn = 15マニホールドまでの励起-自動電離過程からの全電離への寄与も含めた。その後、我々はこれらの結果を用いて、全面タングステンダイバータで運転されるEASTトカマクの専用放電におけるタングステン不純物流入量を確認した。我々の結果では、トカマクプラズマの周辺領域に関連する密度範囲において、S/XB比は電子密度にはほぼ依存しないが、電子温度に対しては有意な変動を示すことが観察された。

装置

east高精度(タイトル一致)

wiki

TungstenEAST

AIによる論文要約

WEASTトカマクにおける W5+ イオンの線放射を用いたタングステン流入率の評価
JAこの論文は、トカマク装置を用いた核融合プラズマ研究に携わる研究者や学生に向けて書かれています。プラズマ中の不純物挙動の解明や、プラズマ診断技術の開発に興味のある人が対象となります。#核融合プラズマ #不純物挙動 #プラズマ診断 #タングステン #EAST
LLM向け: {'Title': 'タングステン流入率の評価', 'Author(s)': '不明', 'Research Objective': 'トカマクプラズマ中のタン…

この論文では、トカマクプラズマ中のタングステン不純物の流入率を評価する方法について述べています。具体的には、W5+イオンの極端紫外線放射スペクトルを分析し、プラズマの密度や温度の影響を考慮した上で、タングステン流入率を定量的に推定しています。この研究は、核融合炉におけるタングステン不純物の挙動を理解し、プラズマパフォーマンスの向上に役立つと考えられます。

EAST トカマクにおけるW5+イオンの輝線発光を用いたタングステン流入率の評価
JAこの論文は、トカマクプラズマにおける不純物挙動の理解と制御に興味のある核融合研究者や学生に有用です。#トカマク #不純物 #タングステン #分光 #EAST
LLM向け: {'Title': 'Evaluation of tungsten influx rate using line emissions from W5+ ions…

この論文では、EAST トカマクにおけるタングステン (W) 不純物の流入率を評価しています。W5+イオンの極端紫外線輝線を分光学的に観測し、これらの輝線強度からW不純物流入率を導出しています。複雑な原子過程を考慮した詳細な解析を行い、プラズマ密度や温度の変化に対するW流入率の依存性を明らかにしています。

Evaluation of tungsten influx rate using line emissions from W5+ ions in EAST tokamak
ENThis paper should be read by fusion researchers and plasma physicists interested in understanding and quantifying impurity influx in tokamak devices, particularly those working on tungsten as a plasma-facing material.#TungstenInflux #SpectroscopicDiagnostics #TokamakPlasma #ImpurityTransport #FusionResearch
LLM向け: {'Title': 'Evaluation of tungsten influx rate using line emissions from W5+ ions…

This paper presents a method to determine the tungsten influx in the EAST tokamak using spectroscopic measurements of W5+ ion emissions. The researchers developed a collisional-radiative model to accurately relate the observed line intensities to the tungsten influx, considering the complex atomic structure of W5+. The findings show that the S/XB ratios, which connect the measured emissions to the impurity influx, are relatively independent of electron density but vary with temperature in the tokamak edge region.

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