Drift effects on the plasma profiles of the scrape-off layer (SOL) in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) have been numerically investigated using the comprehensive 2D edge modeling package, SOLPS-ITER, based on a generic magnetic equilibrium with lower single null configuration. SOL particle diffusivity (DSOL) has been scanned from high (1.0 m2 s−1) to extremely low (0.02 m2 s−1), to gradually highlight the role of drift-based neoclassical mechanisms in radial particle transport. To address the impact of magnetic field direction on drift-driven transport, plasma profiles, flows and currents in the SOL of EAST plasmas, with the toroidal magnetic field (BT) direction favorable and unfavorable for H-mode access, i.e. with the ion B × ∇B drift pointing towards and away from the active X-point, are simulated and analyzed. Results demonstrated that drift-driven transport, considered as the key process in the formation of SOL plasma profiles, is dependent on magnetic field direction and thus SOL flows and currents, as well as SOL widths, can obviously be affected by the direction of drifts. With BT changed from the favorable direction to the unfavorable one, the flattening of the density radial profile as well as the increase in power decay length, in the SOL, can be achieved and can be further enhanced as the weight of turbulent transport (i.e. DSOL) gets reduced, due to the increased contribution of ion parallel viscosity to the radial ion flow. In particular, with DSOL ⩽ 0.05 m2 s−1 in the simulations, the dominant role of drift-based neoclassical mechanisms in the radial particle transport will lead to the formation of the so-called edge density-shelf in plasmas with unfavorable BT. The power scrape-off width in plasmas with unfavorable BT is very insensitive to the turbulent transport level and can remain relatively high even when DSOL has been decreased to an extremely low level. Due to the compressing/widening effect of the drift-driven inward/outward radial particle flow, the simulated power scrape-off width exhibits an in-out asymmetry, which is also dependent on magnetic field direction . This work represents a step towards a deeper understanding of the physics mechanisms determining SOL widths in EAST.
実験先進超伝導トカマク（EAST）におけるスクレイプオフ層（SOL）のプラズマ分布に対するドリフト効果を、下部シングルヌル配位の一般的な磁気平衡に基づく包括的2次元周辺モデリングパッケージSOLPS-ITERを用いて数値的に調査した。SOL粒子拡散係数（DSOL）を高い値（1.0 m2 s−1）から極めて低い値（0.02 m2 s−1）まで走査し、径方向粒子輸送におけるドリフトに基づく新古典機構の役割を段階的に明らかにした。磁場方向がドリフト駆動輸送に及ぼす影響を調べるため、Hモードアクセスに有利および不利なトロイダル磁場（BT）方向、すなわちイオンのB × ∇BドリフトがアクティブX点に向かう場合と離れる場合のEASTプラズマのSOLにおけるプラズマ分布、フロー、電流をシミュレーションし解析した。結果は、SOLプラズマ分布の形成における鍵となる過程と見なされるドリフト駆動輸送が磁場方向に依存することを示し、したがってSOLのフローと電流、およびSOL幅はドリフト方向によって明らかに影響を受け得ることを実証した。BTが有利な方向から不利な方向へ変更されると、SOLにおける密度径方向分布の平坦化および電力減衰長の増加が達成され得る。そして、イオン平行粘性の径方向イオンフローへの寄与が増加するため、乱流輸送（すなわちDSOL）の重みが減少するにつれて、これらはさらに強化され得る。特に、シミュレーションにおいてDSOL ⩽ 0.05 m2 s−1の場合、径方向粒子輸送におけるドリフトベースの新古典機構の支配的役割は、不利なBTを持つプラズマにおけるいわゆる周辺密度シェルフの形成をもたらす。不利なBTを持つプラズマにおける電力スクレイプオフ幅は、乱流輸送レベルに対して非常に鈍感であり、DSOLが極めて低いレベルまで低下された場合でも比較的高い値を維持し得る。ドリフト駆動の内向き/外向き径方向粒子フローの圧縮/拡大効果により、シミュレーションされた電力スクレイプオフ幅は内外非対称性を示し、これも磁場方向に依存する。この研究は、EASTにおけるSOL幅を決定する物理機構のより深い理解に向けた一歩である。