Impurity seeding of recycling impurities such as neon or argon, or non-recycling impurities such as nitrogen, is an essential element of power exhaust in future fusion reactors, including ITER. Aside from increasing the fraction of power radiated onto the main chamber, thus reducing the fraction carried by the plasma to the divertor, it also provides a viable method of ELM size reduction (mitigation) in ELMy H-mode plasmas. However, impurity seeding raises the risk of impurity accumulation in the core of the plasma, which degrades reactor performance and can lead to thermal collapse of the discharge. It is therefore imperative to understand the mechanisms of impurity transport in the boundary plasma, including the close field line (edge) region and the open field line (scrape-off layer or SOL) regions, and specifically, to quantify impurity influx across the magnetic separatrix and the 'screening' effect of the SOL. In this paper, we employ the two-dimensional transport code EDGE2D/NIMBUS to investigate the influence of (anomalous) parallel SOL flows, observed experimentally on JET and other tokamaks, on the 'screening' of a recycling impurity (neon). The parallel SOL flow is adjusted by external momentum injection, such that the Mach number at the top of the vessel varies from ∼0 to ∼0.5. Simulations indicate that the deuterium density in the plasma core increases by ∼50% over this range, in agreement with experimental findings (comparing normal and reversed field discharges). Notably, this density increase is associated with (caused by) plasma compression on the inboard side of the torus caused by the parallel SOL flow, thus leading to inverted radial density gradient and a recirculating flow pattern (convective cell) linking the inboard and outboard SOL regions. Simulations predict a 5% decrease in impurity (neon) concentration in the plasma core when the deuterium flow at the top of the vessel increases to Mach number, , with little change for higher Mach numbers.
不純物シーディング（ネオンやアルゴンなどのリサイクリング不純物、または窒素などの非リサイクリング不純物）は、ITERを含む将来の核融合炉における出力排気の必須要素である。主容器への放射パワーの割合を増加させ、それによってダイバータへ運ばれるプラズマの割合を減少させることに加えて、ELMy HモードプラズマにおけるELMサイズ低減（緩和）の実現可能な方法も提供する。しかしながら、不純物シーディングは、プラズマコアにおける不純物蓄積のリスクを高め、これは炉性能を低下させ、放電の熱的崩壊につながる可能性がある。したがって、閉じた磁力線（エッジ）領域と開いた磁力線（スクレイプオフ層、すなわちSOL）領域を含む境界プラズマにおける不純物輸送のメカニズムを理解し、特に磁気セパラトリックスを横切る不純物流入とSOLの「シールディング」効果を定量化することが不可欠である。本論文では、JETおよび他のトカマクで実験的に観測された（異常な）平行SOL流が、リサイクリング不純物（ネオン）の「シールディング」に及ぼす影響を調べるために、二次元輸送コードEDGE2D/NIMBUSを用いる。平行SOL流は外部運動量注入によって調整され、容器上部でのマッハ数は約0から約0.5まで変化する。シミュレーションは、この範囲でプラズマコアの重水素密度が約50%増加することを示しており、これは実験的知見（通常および反転磁場放電の比較）と一致する。特筆すべきは、この密度増加が、平行SOL流によって引き起こされるトーラス内側でのプラズマ圧縮と関連しており（起因しており）、それによって内側と外側のSOL領域を結ぶ逆転した動径密度勾配と再循環流パターン（対流セル）が生じることである。シミュレーションは、容器上部での重水素流がマッハ数まで増加すると、プラズマコアの不純物（ネオン）濃度が5%減少することを予測し、より高いマッハ数ではほとんど変化しない。