In recent experiments, a local gas puff was found to be an effective way to tailor the scrape-off layer (SOL) density and improve the ion cyclotron range of frequency (ICRF) power coupling in tokamaks. In order to quantitatively reproduce these experiments, to understand the corresponding physics and to optimize the gas valve positions and rates, simulations were carried out with the 3D edge plasma transport code EMC3-EIRENE in ASDEX Upgrade. An inter-ELM phase of an H-mode discharge with a moderate gas puff rate (1.2 × 1022 electrons s−1) is used in our simulations. We simulated cases with gas puff in the lower divertor, the outer mid-plane and the top of the machine while keeping other conditions the same. Compared with the lower divertor gas puff, the outer mid-plane gas puff can increase the local density in front of the antennas most effectively, while a toroidally uniform but significantly smaller enhancement is found for the top gas puff. Good agreement between our simulations and experiments is obtained. With further simulations, the mechanisms of SOL density tailoring via local gas puffing and the strategies of gas puff optimization are discussed in the paper.
最近の実験において、局所ガスパフがトカマクにおけるスクレイプオフ層（SOL）密度を調整し、イオンサイクロトロン周波数帯域（ICRF）電力結合を改善する効果的な方法であることが見出された。これらの実験を定量的に再現し、対応する物理を理解し、ガスバルブの位置と流量を最適化するために、ASDEX Upgradeにおいて3次元エッジプラズマ輸送コードEMC3-EIRENEを用いたシミュレーションを実施した。シミュレーションでは、中程度のガスパフ流量（1.2×10²²電子/秒）を有するHモード放電のインターバルELM位相を用いた。下部ダイバータ、外側ミッドプレーン、および装置上部へのガスパフの各ケースを、他の条件を同一に保ったままシミュレーションした。下部ダイバータへのガスパフと比較して、外側ミッドプレーンへのガスパフはアンテナ前面の局所密度を最も効果的に増加させることができ、一方、上部へのガスパフではトロイダル方向に一様であるが著しく小さい増加が見られた。シミュレーションと実験の間には良好な一致が得られた。さらにシミュレーションを進めることにより、局所ガスパフによるSOL密度調整のメカニズムと、ガスパフ最適化の戦略について本論文で議論する。