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Analysis of drift effects on the tokamak power scrape-off width using SOLPS-ITER

E T Meier, R J Goldston, E G Kaveeva, M A Makowski, S Mordijck, V A Rozhansky, I Yu Senichenkov, S P Voskoboynikov2016年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

SOLPS-ITER, a comprehensive 2D scrape-off layer modeling package, is used to examine the physical mechanisms that set the scrape-off width () for inter-ELM power exhaust. Guided by Goldston's heuristic drift (HD) model, which shows remarkable quantitative agreement with experimental data, this research examines drift effects on in a DIII-D H-mode magnetic equilibrium. As a numerical expedient, a low target recycling coefficient of 0.9 is used in the simulations, resulting in outer target plasma that is sheath limited instead of conduction limited as in the experiment. Scrape-off layer (SOL) particle diffusivity (DSOL) is scanned from 1 to 0.1 m2 s−1. Across this diffusivity range, outer divertor heat flux is dominated by a narrow (∼3–4 mm when mapped to the outer midplane) electron convection channel associated with thermoelectric current through the SOL from outer to inner divertor. An order-unity up–down ion pressure asymmetry allows net ion drift flux across the separatrix, facilitated by an artificial mechanism that mimics the anomalous electron transport required for overall ambipolarity in the HD model. At m2 s−1, the density fall-off length is similar to the electron temperature fall-off length, as predicted by the HD model and as seen experimentally. This research represents a step toward a deeper understanding of the power scrape-off width, and serves as a basis for extending fluid modeling to more experimentally relevant, high-collisionality regimes.

日本語訳

SOLPS-ITER(包括的な2次元スクレイプオフ層モデリングコード)を用いて、インターバーELMパワー排気におけるスクレイプオフ層幅()を決定する物理機構を検討する。ゴールドストンのヒューリスティックドリフト(HD)モデルが実験データと定量的に良好な一致を示すことに着目し、DIII-D Hモード磁気平衡におけるドリフト効果がに及ぼす影響を調べる。数値計算上の簡便化として、ターゲットリサイクリング係数を0.9と低く設定し、その結果、ターゲットプラズマは実験のような伝導制限ではなくシース制限となる。スクレイプオフ層(SOL)粒子拡散係数(DSOL)を1から0.1 m2 s−1の範囲で走査する。この拡散係数の範囲において、外側ダイバータ熱流束は、外側から内側ダイバータへのSOLを通過する熱電電流に伴う狭い(外側ミッドプレーンに写像して約3〜4 mm)電子対流チャネルによって支配される。次数オーダーの上下非対称なイオン圧力により、セパラトリックスを横切る正味のイオンドリフト流が生じるが、これはHDモデルにおける全体の両極性を維持するために必要な異常電子輸送を模擬する機構によって促進される。m2 s−1において、密度の減衰長は電子温度の減衰長と同程度となり、これはHDモデルの予測および実験結果と一致する。本研究は、パワースクレイプオフ幅のより深い理解に向けた一歩であり、より実験的に relevant な高衝突度領域への流体モデリングの拡張の基礎を提供する。

装置

iter高精度(タイトル一致)diii-d中精度(概要文一致)

wiki

ITERScrape-off layerSOLPS-ITER
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