Disruptions lead to a rapid loss of thermal and magnetic energy and can cause large heat loads, mechanical forces, and the excitation of a beam of relativistic runaway electrons. The operation of tokamaks at high energy and plasma current requires the use of a mitigation system to limit such detrimental effects. Mitigation techniques rely mainly on the injection of a large amount of impurities to radiate the majority of the thermal and magnetic energies. Heat loads and electro-magnetic (EM) forces as well as their toroidal asymmetries can be greatly reduced by such measures. In this paper, a theory is lined out to explain the reduction of the global vertical force based on large toroidal halo currents that keep the current centroid stationary in the midplane. As a consequence, the vertical current moment, which is linked to the EM-force, is reduced. The theory is backed up by experimental observations in shattered pellet injection mitigated vertical displacement event experiments in ASDEX Upgrade (AUG) and JET as well as by 2D simulations with the extended MHD code JOREK. Scans in the boundary heat flux are carried out to estimate the correct scrape-off layer temperature and the influence of the fraction of conducted energy. Finally, predictive simulations for ITER confirm the reduction of the vertical force by the injection of impurities.
ディスラプションは熱エネルギーと磁気エネルギーの急速な損失をもたらし、大きな熱負荷、機械的力、および相対論的逃走電子ビームの励起を引き起こす可能性がある。高エネルギーおよび高プラズマ電流でのトカマク運転には、そのような有害な影響を制限するための緩和システムの使用が必要である。緩和手法は主に、熱エネルギーと磁気エネルギーの大部分を放射するために多量の不純物を注入することに依存している。熱負荷と電磁力（EM力）、およびそれらのトロイダル非対称性は、そのような対策によって大幅に低減できる。本論文では、電流重心をミッドプレーンに静止させる大きなトロイダルハロー電流に基づく、全体的な垂直力の低減を説明する理論が概説される。結果として、EM力に関連する垂直電流モーメントが低減される。この理論は、ASDEX Upgrade（AUG）およびJETにおける破砕ペレット注入による垂直変位事象緩和実験での実験的観測と、拡張MHDコードJOREKによる2Dシミュレーションによって裏付けられている。正しいスクレイプオフ層温度と伝導エネルギーの割合の影響を評価するために、境界熱流束のスキャンが実施される。最後に、ITERの予測シミュレーションにより、不純物注入による垂直力の低減が確認される。