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Inward pinch of high-Z impurity in a rotating tokamak plasma: effects of atomic processes, radial electric field and Coulomb collisions

K. Hoshino, M. Toma, K. Shimizu, T. Nakano, A. Hatayama, T. Takizuka2011年被引用 6Nuclear FusionIF 3出版社

The transport of high-Z impurity in a toroidally rotating tokamak plasma is investigated analytically and numerically. It is shown that the inward pinch is driven by the atomic processes of ionization/recombination along the particle orbit both in co- and ctr-rotating plasmas. This inward pinch is enhanced by the radial electric field. It is derived that the negative and positive radial electric fields cause the inward pinch and the outward movement (unpinch) of the high-Z impurity, respectively, under the influence of Coulomb collisions with the rotating background plasma. In the ctr-rotation case, the inward pinch becomes significant with increasing toroidal rotation velocity, because the directions of both pinches are inwards. On the other hand, in the co-rotation case, these pinches have opposite directions. Therefore, the unpinch due to the positive radial electric field is decreased by the inward pinch due to the atomic processes. These tendencies are consistent with the tungsten accumulation observed in the JT-60U rotation scan experiment.

日本語訳

トロイダル回転するトカマクプラズマにおける高Z不純物の輸送を、解析的および数値的に調べた。内向きピンチが、粒子軌道に沿った電離・再結合の原子過程によって駆動されることが、コ回転およびカウンター回転の両方のプラズマにおいて示される。この内向きピンチは、径方向電場によって増強される。クーロン衝突の影響下で、回転する背景プラズマとの相互作用により、負の径方向電場は高Z不純物の内向きピンチを引き起こし、正の径方向電場は外向きの移動(アンピンチ)を引き起こすことが導出される。カウンター回転の場合、両方のピンチの方向が内向きであるため、トロイダル回転速度の増加に伴って内向きピンチは顕著になる。一方、コ回転の場合、これらのピンチは互いに逆方向となる。したがって、正の径方向電場によるアンピンチは、原子過程による内向きピンチによって減少する。これらの傾向は、JT-60Uの回転走査実験で観測されたタングステン蓄積と一致する。

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ImpurityRadial electric field
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