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Simulation of runaway electron production with CQL3D coupled to NIMROD

Yu.V. Petrov, C.C. Kim, L.L. Lao, R.W. Harvey2022年被引用 6Nuclear FusionIF 3出版社

A coupling between two distinctly different codes—one magnetohydrodynamic (MHD) and another kinetic—is achieved and applied for simulation of runaway electron (RE) production. The 3D initial value MHD code NIMROD simulates a DIII-D pure neon shattered pellet injection plasma quench including the propagation and ablation of the fragments, ionization and recombination of the impurities, and the radiated and transported energies. The field data from NIMROD is then used by the bounce-averaged Fokker–Planck Collisional QuasiLinear 3D (CQL3D) kinetic code to simulate the production of REs and their radial transport. The coupling procedure involves mapping of data between different grids and adjustment of the NIMROD toroidal electric field when REs appear. It is shown that without the radial transport, a large RE current is generated, up to 30% of the pre-pellet ohmic current. However, when the radial transport is included in CQL3D, the RE current is reduced to undetectable level, consistent with experiment. Various forms of the radial diffusion are surveyed to determine conditions when the fast electrons would not have time to be accelerated to relativistic energies before they are lost to chamber wall.

日本語訳

磁気流体力学(MHD)コードと運動論コードという、明確に異なる2つのコード間の結合を達成し、逃走電子(RE)生成のシミュレーションに適用した。3次元初期値MHDコードNIMRODは、フラグメントの伝播とアブレーション、不純物の電離と再結合、放射および輸送されるエネルギーを含む、DIII-D純ネオン破砕ペレット入射プラズマ急冷をシミュレートする。NIMRODからの場のデータは、その後、バウンス平均フォッカー・プランク衝突準線形3次元(CQL3D)運動論コードによって、REの生成とその径方向輸送をシミュレートするために使用される。結合手順には、異なるグリッド間のデータのマッピングと、REが出現した際のNIMRODトロイダル電場の調整が含まれる。径方向輸送がない場合、ペレット前のオーム電流の最大30%に達する大きなRE電流が生成されることが示される。しかし、径方向輸送がCQL3Dに含まれる場合、RE電流は検出不可能なレベルまで低減され、実験と一致する。様々な形態の径方向拡散を調査し、高速電子がチャンバー壁に失われる前に相対論的エネルギーまで加速される時間がない条件を決定する。

装置

diii-d低精度(概要文一致)

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Runaway electron
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