This paper will discuss simulations of the full ionization process (i.e. plasma burn-through), fundamental to creating high temperature plasma. By means of an applied electric field, the gas is partially ionized by the electron avalanche process. In order for the electron temperature to increase, the remaining neutrals need to be fully ionized in the plasma burn-through phase, as radiation is the main contribution to the electron power loss. The radiated power loss can be significantly affected by impurities resulting from interaction with the plasma facing components. The DYON code is a plasma burn-through simulator developed at Joint European Torus (JET) (Kim et al and EFDA-JET Contributors 2012 Nucl. Fusion52 103016, Kim, Sips and EFDA-JET Contributors 2013 Nucl. Fusion53 083024). The dynamic evolution of the plasma temperature and plasma densities including the impurity content is calculated in a self-consistent way using plasma wall interaction models. The recent installation of a beryllium wall at JET enabled validation of the plasma burn-through model in the presence of new, metallic plasma facing components. The simulation results of the plasma burn-through phase show a consistent good agreement against experiments at JET, and explain differences observed during plasma initiation with the old carbon plasma facing components. In the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), the allowable toroidal electric field is restricted to 0.35 (V m−1), which is significantly lower compared to the typical value (∼1 (V m−1)) used in the present devices. The limitation on toroidal electric field also reduces the range of other operation parameters during plasma formation in ITER. Thus, predictive simulations of plasma burn-through in ITER using validated model is of crucial importance. This paper provides an overview of the DYON code and the validation, together with new predictive simulations for ITER using the DYON code.
本論文では、高温プラズマの生成に不可欠な完全電離過程（すなわちプラズマ燃焼通過）のシミュレーションについて論じる。印加電界により、電子なだれ過程を通じてガスが部分的に電離する。電子温度を上昇させるためには、放射が電子の電力損失の主な要因であることから、プラズマ燃焼通過段階において残りの中性粒子を完全に電離させる必要がある。放射による電力損失は、プラズマ対向機器との相互作用に起因する不純物によって有意に影響を受ける可能性がある。DYONコードは、欧州トロイダル共同実験装置（JET）において開発されたプラズマ燃焼通過シミュレータである（KimらおよびEFDA-JET貢献者 2012 Nucl. Fusion 52 103016、KimらおよびEFDA-JET貢献者 2013 Nucl. Fusion 53 083024）。プラズマ温度と不純物含有量を含むプラズマ密度の動的発展は、プラズマ対向機器モデルを用いて自己無撞着な方法で計算される。JETにおけるベリリウム壁の最近の設置により、新たな金属製プラズマ対向機器の存在下でのプラズマ燃焼通過モデルの検証が可能となった。プラズマ燃焼通過段階のシミュレーション結果は、JETでの実験と良好な一致を示し、旧来の炭素製プラズマ対向機器を用いたプラズマ開始時に観察された差異を説明する。国際熱核融合実験炉（ITER）では、許容されるトロイダル電界が0.35（V m⁻¹）に制限されており、これは現在の装置で使用される典型的な値（∼1（V m⁻¹））と比較して有意に低い。トロイダル電界の制限は、ITERにおけるプラズマ形成中の他の運転パラメータの範囲も縮小させる。したがって、検証済みモデルを用いたITERにおけるプラズマ燃焼通過の予測シミュレーションは極めて重要である。本論文では、DYONコードの概要と検証、ならびにDYONコードを用いたITERの新たな予測シミュレーションについて述べる。