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Improved kinetic neoclassical transport calculation for a low-collisionality QH-mode pedestal

D J Battaglia, K H Burrell, C S Chang, J S deGrassie, B A Grierson, R J Groebner, R Hager2016年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The role of neoclassical, anomalous and neutral transport to the overall H-mode pedestal and scrape-off layer (SOL) structure in an ELM-free QH-mode discharge on DIII-D is explored using XGC0, a 5D full-f multi-species particle-in-cell drift-kinetic solver with self-consistent neutral recycling and sheath potentials. The work in this paper builds on previous work aimed at achieving quantitative agreement between the flux-driven simulation and the experimental electron density, impurity density and orthogonal measurements of impurity temperature and flow profiles. Improved quantitative agreement is achieved by performing the calculations with a more realistic electron mass, larger neutral density and including finite-Larmor-radius corrections self-consistently in the drift-kinetic motion of the particles. Consequently, the simulations provide stronger evidence that the radial electric field () in the pedestal is primarily established by the required balance between the loss of high-energy tail main ions against a pinch of colder main ions and impurities. The kinetic loss of a small population of ions carrying a large proportion of energy and momentum leads to a separation of the particle and energy transport rates and introduces a source of intrinsic edge torque. Ion orbit loss and finite orbit width effects drive the energy distributions away from Maxwellian, and describe the anisotropy, poloidal asymmetry and local minimum near the separatrix observed in the profile.

日本語訳

新古典輸送、異常輸送、および中性粒子輸送が、DIII-DにおけるELMフリーQHモード放電の全体的なHモードペデスタルおよびスクレイプオフ層(SOL)構造に及ぼす役割を、自己無撞着な中性粒子リサイクリングとシースポテンシャルを備えた5次元full-f多種粒子ピクセルインセル(PIC)ドリフト運動論ソルバーであるXGC0を用いて探求する。本論文の研究は、フラックス駆動シミュレーションと実験による電子密度、不純物密度、および不純物温度と流速の直交測定との間の定量的一致を達成することを目的とした先行研究に基づいている。より現実的な電子質量、より大きな中性粒子密度、およびドリフト運動論的粒子運動における有限ラーマー半径補正を自己無撞着に含めることにより、シミュレーションと実験の間の定量的一致が改善される。その結果、シミュレーションは、ペデスタルにおける径方向電場()が、高エネルギー尾部の主イオンの損失と、より低温の主イオンおよび不純物のピンチとの間の必要なバランスによって主に確立されるという、より強力な証拠を提供する。エネルギーと運動量の大きな割合を運ぶ少数のイオンの運動論的損失は、粒子輸送率とエネルギー輸送率の分離をもたらし、固有のエッジトルクの源を導入する。イオン軌道損失と有限軌道幅効果は、エネルギー分布をマクスウェル分布から逸脱させ、実験で観測されたプロファイルにおける異方性、ポロイダル非対称性、および局所的最小値を説明する。

装置

diii-d低精度(概要文一致)

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PedestalCollisionalityNeoclassical transportH-mode pedestal
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