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Evaluation of tungsten influx rate and study of edge tungsten behavior based on the observation of EUV line emissions from W6+ ions in HL-2A

C.F. Dong, S. Morita, Z.Y. Cui, P. Sun, K. Zhang, I. Murakami, B.Y. Zhang, Z.C. Yang, D.L. Zheng, L. Feng2019年被引用 6Nuclear FusionIF 3出版社

The tungsten spectrum in the extreme ultraviolet (EUV) wavelength range has been investigated in tokamak HL-2A to find line emissions from low-ionized tungsten ions which can be used for tungsten transport study in the plasma edge. For this purpose, tungsten is injected in the HL-2A plasma using the laser blow-off (LBO) technique with a newly developed double-layer tungsten target. The total number of injected tungsten particles can be accurately controlled by adjusting the distance from the focal lens to the tungsten target. A quasi-continuum spectrum called an unresolved transition array (UTA), consisting of many line emissions from several ionization stages of tungsten ions, is observed at around 50 Å as a typical indication of the tungsten spectrum. In the present HL-2A experiment the quasi-continuum of tungsten is mainly composed of line emissions from W14+ to W23+ ions. Analyzing the observed tungsten spectrum, two isolated line emissions of W VII (5p–5d: 216.219 Å) and W VII (5p–5d: 261.387 Å) from W6+ ions are successfully identified for the first time in tokamaks. The intensity ratio and the wavelengths of the two lines determined in the present experiment show good agreement with the intensity ratio calculated with a collisional-radiative model developed for the W6+ ion and a previous result by Sugar and Kaufman (1975 Phys. Rev. A 12 994), respectively. On the other hand, the W VII line emission occasionally reappears after the LBO injection, suggesting a re-entry of the tungsten deposited onto divertor plates and a movement of the strike point during the discharge to a certain area of the divertor plate where tungsten is deposited. Based on the W VII emission observed during the re-entry event of tungsten ions, an influx of the W6+ ion, , to the edge plasma is evaluated using the inverse photon efficiency calculated with the ADAS code and using an average-configuration option. As a result, it is found that is typically within the range (0.1–2.0)  ×  1013 cm−2 s−1. A brief discussion is also made on the influx evaluated in the present study.

日本語訳

タングステンスペクトルの極端紫外(EUV)波長域における測定がトカマクHL-2Aにおいて、プラズマ周辺部でのタングステン輸送研究に利用可能な低電離タングステンイオンからの線発光を探すために行われた。この目的のため、新たに開発した二層タングステンターゲットを用いたレーザーブローオフ(LBO)法により、タングステンをHL-2Aプラズマへ入射した。入射されるタングステン粒子の総数は、集光レンズからタングステンターゲットまでの距離を調整することにより正確に制御できる。非分解遷移配列(UTA)と呼ばれる準連続スペクトルは、タングステンイオンの複数の電離段階からの多くの線発光から構成され、タングステンスペクトルの典型的な指標として約50 Åに観測される。本HL-2A実験では、タングステンの準連続スペクトルは主にW14+からW23+イオンからの線発光で構成されている。観測されたタングステンスペクトルを解析することにより、W6+イオンからの2本の孤立した線発光、W VII(5p–5d:216.219 Å)およびW VII(5p–5d:261.387 Å)が、トカマクにおいて初めて同定に成功した。本実験で決定された2本の線の強度比と波長は、それぞれW6+イオンに対して開発された衝突放射モデルで計算された強度比、およびSugar and Kaufman(1975 Phys. Rev. A 12 994)による以前の結果と良好な一致を示す。一方、W VII線発光はLBO入射後に時折再出現し、これはダイバータ板に堆積したタングステンの再進入と、放電中のストライク点のタングステンが堆積したダイバータ板の特定領域への移動を示唆している。タングステンイオンの再進入事象中に観測されたW VII発光に基づき、周辺プラズマへのW6+イオンの流入量、 、がADASコードと平均配置オプションを用いて計算された逆光子効率を用いて評価された。その結果、 は典型的には(0.1–2.0)×1013 cm−2 s−1の範囲内であることが見出された。本研究で評価された流入量についても簡単な議論が行われる。

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TungstenHL-2A
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