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Light impurity transport in tokamaks: on the impact of neutral beam fast ions

P. Manas, A. Kappatou, C. Angioni, R.M. McDermott, the ASDEX Upgrade Team2020年被引用 16Nuclear FusionIF 3出版社

Previous studies (e.g. (Kappatou 2019 Nucl. Fusion59 056014)) have shown that discrepancies exist between experimental and modelled light impurity peaking in specific regimes. In particular, in NBI heated plasmas, the strong hollowness of boron profiles are not captured by the modelling. In this context, a dedicated ASDEX Upgrade discharge, including boron and helium density measurements, is studied where such discrepancies appear. Emphasis is given to the impact of fast ions on the turbulent and neoclassical impurity transport computed with the codes GKW and NEO, respectively. It is shown that fast ions increase the turbulent outward impurity convection via an increase of both thermo- and roto-diffusion. This increase is correlated with the stabilisation of the ion temperature gradient driven mode (ITG). Additionally, the ratio of the turbulent impurity diffusion over the ion heat diffusion is reduced with fast ions, which in turn, increases the neoclassical contributions to the impurity peaking. Finally, neoclassical convection is also enhanced through changes in the ion density gradient due to the modification of the quasi-neutrality condition in the presence of peaked fast ion profiles. The combination of these three mechanisms induced by the fast ion population has a significant impact on the development of hollow boron profiles, up to experimental levels.

日本語訳

先行研究(例:Kappatania 2019 Nucl. Fusion 59 056014)により、特定のペーキング条件下における実験とモデル化された軽不純物の間には差異が存在することが示されている。特に、NBI加熱プラズマにおいて、ホウ素プロファイルの強い中空構造はモデル化では再現されていない。このような差異が見られる状況下で、ホウ素およびヘリウム密度測定を含む専用のASDEX Upgrade放電が研究対象とされている。ここでは、コードGKWおよびNEOによってそれぞれ計算された乱流輸送および新古典輸送に対する高速イオンの影響に焦点が当てられている。高速イオンは、熱拡散と回転拡散の両方の増大を通じて、乱流による外向きの不純物対流を増加させることが示されている。この増加は、イオン温度勾配駆動モード(ITG)の安定化と関連している。さらに、高速イオンにより、イオン熱拡散に対する乱流不純物拡散の比が減少し、その結果、不純物ペーキングに対する新古典輸送の寄与が増大する。最後に、高速イオンの存在下での密度分布のピーキングによる準中性条件の変化を通じて、イオン密度勾配が変化し、新古典対流も強化される。これらの高速イオン集団によって誘起される三つのメカニズムの組み合わせは、実験レベルに達する中空ホウ素プロファイルの形成に重要な影響を及ぼす。

装置

asdex-upgrade中精度(概要文一致)

wiki

Fusion Advanced Studies TorusImpurityNeutral beamEnergetic ionImpurity transport
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