Achieving core-edge compatible divertor detachment is a critical requirement for stable operation in future fusion devices. This study compares nitrogen and neon seeding in KSTAR H-mode plasmas with carbon walls, combining experiments and SOLPS-ITER modelling to evaluate their radiative dissipation and core-edge compatibility. Experimentally, N seeding achieved stronger divertor detachment, with larger reductions in target particle and heat fluxes, a higher divertor radiation fraction, and a lower core radiation fraction than Ne. In contrast, Ne seeding triggered a significant rise in core radiation followed by H–L back transitions, limiting the maximum total radiated power fraction to roughly half that of N. SOLPS-ITER simulations reproduced the experimental trends and revealed that the better core-edge compatibility of N arises from its higher divertor retention in addition to its higher cooling factor. The relative positions of the stagnation points of impurity poloidal velocity and ionization sources did not explain the different divertor compression. Instead, in the present modelling, the higher impurity parallel particle flux, resulting from the higher parallel impurity velocity, explains the stronger nitrogen impurity compression in the divertor region. The parallel temperature distribution with N was more favourable for achieving higher impurity parallel velocity than with Ne, because the impurity velocity is governed by modifications of the main ion flow due to friction and thermal forces, both of which strongly depend on the temperature. Ultimately, this behaviour is attributed to the strongly divertor-localized radiation of N. These results demonstrate that N is more effective than Ne in achieving radiative divertor detachment while maintaining low core contamination in KSTAR, consistent with observations in other present tokamaks.
コア・エッジ適合型ダイバータ剥離を達成することは、将来の核融合装置における安定運転にとって重要な要件である。本研究は、カーボン壁を有するKSTAR Hモードプラズマにおける窒素およびネオンシーディングを比較し、実験とSOLPS-ITERモデリングを組み合わせて、それらの放射散逸とコア・エッジ適合性を評価する。実験的には、Nシーディングはより強いダイバータ剥離を達成し、ターゲット粒子束および熱流束のより大きな低減、Neよりも高いダイバータ放射割合、そしてNeよりも低いコア放射割合を示した。対照的に、Neシーディングはコア放射の有意な上昇を引き起こし、それに続いてH–L後退遷移が生じ、最大総放射パワー割合はNのおよそ半分に制限された。SOLPS-ITERシミュレーションは実験の傾向を再現し、Nのより優れたコア・エッジ適合性は、そのより高い冷却係数に加えて、より高いダイバータ保持に起因することを明らかにした。不純物ポロイダル速度のよどみ点と電離源のよどみ点の相対的な位置は、ダイバータ圧縮の違いを説明しなかった。代わりに、本モデリングでは、より高い平行不純物速度に起因するより高い不純物平行粒子束が、ダイバータ領域におけるより強い窒素不純物圧縮を説明する。Nにおける平行温度分布は、Neの場合よりも高い不純物平行速度を達成するのに有利であり、これは、不純物速度が摩擦力と熱力による主イオン流の変調によって支配され、その両方が温度に強く依存するためである。最終的に、この挙動はNの強いダイバータ局在放射に起因する。これらの結果は、KSTARにおいて低いコア汚染を維持しつつ放射ダイバータ剥離を達成する上で、NがNeよりも効果的であることを示しており、これは他の既存トカマクでの観測と一致する。