Injecting shattered pellets is the critical concept of the envisaged ITER disruption mitigation system (DMS). Rapid deposition of large amounts of material should presumably result in controlled cooling of the entire plasma. A considerable transfer of thermal energy from the electrons of the background plasma to the ions accompanies a localized material injection due to the ambipolar expansion along the magnetic field line of the cold and dense plasmoid produced by the ablated pellet. Radiation initially plays the dominant role in the energy balance of a composite plasmoid containing high-Z impurities. A competition between the ambipolar expansion and the radiative losses defines the Thermal Quench scenario, including the amount of pre-quench thermal energy radiated on a short collisional timescale—possibly detrimental for the plasma-facing components. The present work quantifies plasmoid energy balance for disruption mitigation parameters. For pure hydrogen injection, up to 90% of the pre-pellet electron thermal energy may go to the newly injected ions. We also demonstrate that a moderate high-Z impurity content within the plasmoid can reduce highly localized radiation at the beginning of the expansion. The thermal energy will then dissipate on the much longer ion collisional timescale, which would be attractive for ITER DMS.
破砕ペレットの注入は、想定されているITERディスラプション緩和システム(DMS)の重要な概念である。大量の物質の急速な堆積は、おそらくプラズマ全体の制御された冷却をもたらすはずである。アブレーションされたペレットによって生成された冷たく高密度のプラズモイドの磁力線に沿った両極性膨張により、局所的な物質注入には背景プラズマの電子からイオンへのかなりの熱エネルギー移動が伴う。放射は、高Z不純物を含む複合プラズモイドのエネルギー収支において、初期には支配的な役割を果たす。両極性膨張と放射損失との間の競合が、熱クエンチシナリオを決定づける。そこには、短い衝突時間スケールで放射されるクエンチ前の熱エネルギーの量も含まれ、これはプラズマ対向機器にとって有害となる可能性がある。本研究は、ディスラプション緩和パラメータに対するプラズモイドのエネルギー収支を定量化する。純水素注入の場合、ペレット注入前の電子熱エネルギーの最大90%が新たに注入されたイオンに移行し得る。我々はまた、プラズモイド内の適度な高Z不純物含有量が、膨張の開始時における高度に局在した放射を低減できることを実証する。その後、熱エネルギーははるかに長いイオン衝突時間スケールで散逸し、これはITER DMSにとって魅力的であろう。