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Post-puff SOL broadening on MAST-U under high-recycling conditions: evidence consistent with cross-field transport changes

Y Damizia, S Mordijck, N Walkden, J Lovell, S Thomas, E Ozturk, P Ryan, MAST-U Team2026年7月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Transient broadening of the scrape-off layer (SOL) density profile can modify main-chamber first-wall particle fluxes and divertor loading, yet its control parameters remain debated between divertor-regime transitions, neutral dynamics and changes in cross-field transport. We investigate fueling-driven SOL density-profile evolution and post-fueling relaxation on MAST-Upgrade (MAST-U) in ohmic L-mode, using two otherwise similar double-null Conventional Divertor discharges ( kA,  T) with identical 50 ms low-field side gas puffs; the only intentional difference is the puff start time. Upstream Thomson scattering shows that both discharges develop a transient far-SOL density profile modification, expressed as an increased SOL-width metric and a far-SOL enhancement consistent with a shoulder-like signature. In the earlier-puff case, the SOL-width metric remains elevated after puff termination and the post-puff decay time scales are systematically longer across the analysed radii. Outer-target Langmuir probes indicate high-recycling conditions during the analysed window (few-eV with radially peaked and profiles, without signatures of deep detachment). The outer-divertor collisionality proxy is elevated in both cases and does not discriminate between the different post-puff persistence. The target-integrated ion flux proxy evolves nearly identically in both discharges when aligned to the puff start. Taken together, these observations suggest that the late/post-puff upstream SOL evolution is not set by parallel exhaust to the outer targetalone and is more consistent with upstream cross-field redistribution, with a possible role for plasma–neutral coupling and fueling geometry.

日本語訳

スクレイプオフ層(SOL)密度プロファイルの過渡的ブロードニングは、主容器第一壁粒子フラックスとダイバータ負荷を変化させ得るが、その制御パラメータは、ダイバータ状態遷移、中性粒子動力学、および横断輸送の変化の間で依然として議論されている。我々は、MAST-Upgrade(MAST-U)のオーミックLモードにおいて、フューエリング駆動のSOL密度プロファイル発展とフューエリング後の緩和を調査する。用いたのは、同一の50 ms低磁場側ガスパフを持つ、他は同様な2回のダブルヌル従来型ダイバータ放電( kA,  T)であり、意図的な違いはパフ開始時刻のみである。上流トムソン散乱は、両放電が遠方SOL密度プロファイルの過渡的変形を発達させることを示しており、これはSOL幅指標の増加と、ショルダー状の特徴と整合する遠方SOL増強として表現される。早期パフの場合、SOL幅指標 はパフ終了後も上昇したままであり、パフ後の減衰時間スケールは解析した全ての半径で系統的に長い。外側ターゲットのラングミュアプローブは、解析ウィンドウ中の高リサイクリング条件(数eVの と、半径方向にピークを持つ および プロファイル、深いデタッチメントの兆候なし)を示す。外側ダイバータの衝突度指標 は両ケースで上昇しており、パフ後持続性の違いを区別しない。ターゲット積分イオンフラックス指標 は、パフ開始に合わせると両放電でほぼ同一に発展する。まとめると、これらの観測は、パフ後期/パフ後の上流SOL発展が外側ターゲットへの平行排気のみによって決まるのではなく、上流での横断方向の再分布とより整合的であり、プラズマ–中性粒子結合とフューエリング形状が関与する可能性があることを示唆する。

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Scrape-off layerMASTRecyclingMAST Upgrade

AIによる論文要約

高リサイクリング条件下でのMAST-Uにおけるパフ後SOL幅拡大:横断輸送変化と整合的な証拠
JA核融合科学の初学者や、プラズマ周辺物理・SOL輸送に興味のある学生、ダイバータ設計や炉壁負荷評価に携わる研究者#MASTU #スクレイプオフ層 #プラズマ輸送 #核融合 #SOL幅
LLM向け: {"Title": "高リサイクリング条件下でのMAST-Uにおけるパフ後SOL幅拡大:横断輸送変化の証拠", "Authors": "未記載", "Resea…

核融合プラズマ装置では、周辺領域(スクレイプオフ層)の密度分布が広がると、炉壁への粒子負荷やダイバータへの影響が変わります。本研究では、MAST-U装置での実験で、燃料ガスを噴射した後に密度分布が広がる現象を観察しました。2つの似た放電を比較したところ、外側ダイバータへの排気だけでは説明できず、上流でのプラズマの横断方向の輸送変化が重要であることが分かりました。特に、ガス噴射後も幅が広がったまま残ることや、周辺部での密度上昇が肩のような形になることが観測されました。これは、プラズマと中性粒子の相互作用や燃料供給の位置が関係している可能性があります。学生にも理解しやすいように言えば、プラズマの密度分布が時間とともにどう変わるかを調べ、その仕組みに迫った研究です。

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