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Assessment of the strength of kinetic effects of parallel electron transport in the SOL and divertor of JET high radiative H-mode plasmas using EDGE2D-EIRENE and KIPP codes

A V Chankin, G Corrigan, A E Jaervinen, JET Contributors2018年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The kinetic code for plasma periphery (KIPP) was used to assess the importance of the kinetic effects of parallel electron transport in the scrape-off layer (SOL) and divertor of JET high radiative H-mode inter-ELM plasma conditions with the ITER-like wall and strong nitrogen (N2) injection. Plasma parameter profiles along a magnetic field from one of the EDGE2D-EIRENE simulation cases were used as an input for KIPP runs. Profiles were maintained by particle and power sources. KIPP generated electron distribution functions, fe, parallel power fluxes, electron–ion thermoforces, Debye sheath potential drops and electron sheath transmission factors at divertor targets. For heat fluxes in the main SOL, KIPP results showed deviations from classical (e.g. Braginskii) fluxes by factors typically of ∼1.5, sometimes up to 2, with the flux limiting for more upstream positions and flux enhancement near entrances to the divertor. In the divertor, at the same time, for radial positions closer to the separatrix, very large heat flux enhancement factors of up to ten or even higher, indicative of a strong nonlocal heat transport, were found at the outer target, with heat power flux density exhibiting bump-on-tail features at high energies. Under such extreme conditions, however, contributions of conductive power fluxes to total power fluxes were strongly reduced, with convective power fluxes becoming comparable, or sometimes exceeding, conductive power fluxes. Electron–ion thermoforce, on the other hand, which is known to be determined mostly by thermal and subthermal electrons, was found to be in good agreement with Braginskii formulas, including the Zeff dependence. Overall, KIPP results indicate, at least for the plasma conditions used in this modelling, a sizable, but not dominant, effect of kinetics on parallel electron transport.

日本語訳

運動論的コードKIPP(Kinetic code for Plasma Periphery)を用いて、ITER類似壁を有するJETの高放射HモードELM間プラズマ条件におけるスクレイプオフ層(SOL)およびダイバータでの平行電子輸送に対する運動論効果の重要性を評価した。EDGE2D-EIRENEシミュレーションの一ケースからの磁場に沿ったプラズマパラメータ分布をKIPP計算の入力として使用した。分布は粒子源および電力源によって維持された。KIPPは、電子分布関数fe、平行電力束、電子-イオン熱力、ダイバータターゲットにおけるデバイシース電位降下および電子シース透過係数を生成した。主SOLにおける熱流束については、KIPPの結果は古典的(例:Braginskii)流束からの偏差が典型的には約1.5倍、時には2倍までであり、上流側では流束制限が生じ、ダイバータ入口付近では流束増強が見られた。同時に、ダイバータ内では、セパラトリックスに近い径方向位置において、外側ターゲットで最大10倍以上の大きな熱流束増強係数が見られ、これは強い非局所熱輸送を示しており、高エネルギー領域でバンプオン・テール特徴を伴う熱電力束密度が観測された。しかしながら、このような極端な条件下では、全電力束に対する伝導性電力束の寄与は大幅に減少し、対流性電力束が伝導性電力束に匹敵するか、時にはそれを超えることがわかった。一方、電子-イオン熱力は、主に熱的および亜熱的電子によって決定されることが知られているが、KIPPの結果はBraginskii式と良好な一致を示し、Zeff依存性も含めて再現された。全体として、KIPPの結果は、本モデリングで使用されたプラズマ条件において、平行電子輸送に対する運動論効果が無視できない大きさであるが、支配的ではないことを示している。

装置

jet高精度(タイトル一致)iter中精度(概要文一致)

wiki

JETDivertorH-modeScrape-off layerElectron transport
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