Single carbon pellet disruption mitigation simulations using M3D-C1 were conducted for an NSTX-U-like plasma to support the electromagnetic pellet injection concept. A carbon ablation model has been implemented in M3D-C1 and tested with available data. 2D simulations were conducted in order to estimate the amount of carbon needed to quench the plasma, finding that the content in a 1 mm radius vitreous carbon pellet (∼3.2 × 1020 atoms) would be enough if it is entirely ablated. 3D simulations were performed, scanning over pellet velocity and parallel thermal conductivity, as well as different injection directions and pellet concepts (solid pellets and shell pellets). The sensitivity of the thermal quench and other related quantities to these parameters has been evaluated. A 1 mm radius solid pellet only partially ablates at velocities of 300 m s−1 or higher, thus being unable to fully quench the plasma. To further enhance the ablation, approximations to an array of pellets and the shell pellet concept were also explored. 3D field line stochastization plays an important role in both quenching the center of the plasma and in heat flux losses, thus lowering the amount of carbon needed to mitigate the plasma when compared to the 2D case. This study constitutes an important step forward in 'predict-first' simulations for disruption mitigation in NSTX-U and other devices, such as ITER.
M3D-C1を用いたNSTX-U類似プラズマにおける単一炭素ペレットのディスラプション緩和シミュレーションを、電磁ペレット入射概念を支援するために実施した。炭素アブレーションモデルがM3D-C1に実装され、利用可能なデータを用いて検証された。プラズマをクエンチするために必要な炭素量を推定するため2次元シミュレーションを実施し、半径1mmのビトレアス炭素ペレット（約3.2×10²⁰原子）の内容物が完全にアブレーションされれば十分であることが判明した。3次元シミュレーションを実施し、ペレット速度、平行熱伝導率、ならびに異なる入射方向およびペレット概念（固体ペレットおよびシェルペレット）について走査を行った。熱クエンチおよびその他の関連量のこれらのパラメータに対する感度が評価された。半径1mmの固体ペレットは、300m s⁻¹以上の速度では部分的にしかアブレーションされず、プラズマを完全にクエンチすることができなかった。アブレーションをさらに促進するため、ペレットアレイおよびシェルペレット概念の近似も検討された。3次元磁力線ストカス化は、プラズマ中心部のクエンチと熱流束損失の両方において重要な役割を果たし、2次元の場合と比較してプラズマ緩和に必要な炭素量を低減することが示された。本研究は、NSTX-UおよびITERなどの他の装置におけるディスラプション緩和のための「予測優先」シミュレーションにおける重要な前進である。