Operation with beam heating is prone to central accumulation of high-Z impurities in present-day tokamaks due to a dominant neoclassical pinch. Fusion reactors are expected to have a different core transport regime for high-Z impurities, where turbulent transport completely dominates in both diffusion and convection, causing flat impurity profiles. In this work, we present integrated simulations of plasmas that approach this regime of less dominant neoclassical and stronger turbulent high-Z impurity transport in three tokamaks: ASDEX Upgrade, JET and Alcator C-Mod. The modelling is first validated against a suite of diagnostics measuring both the main plasma and the impurity profiles. The high-Z impurity densities are found to be flat in both experiments and simulations. The impurity transport coefficients as calculated by theory-based turbulent and neoclassical transport models are then analysed, showing comparable or even dominant turbulent components instead of the more typical dominant neoclassical high-Z impurity convection. The implications for a reactor are discussed.
ビーム加熱を用いた運転では、現在のトカマクにおいて新古典ピンチが支配的であるため、高Z不純物が中心部に蓄積しやすい。核融合炉では、高Z不純物について、拡散と対流の両方において乱流輸送が完全に支配的となり、不純物分布が平坦になるという、異なるコア輸送領域になると予想される。本研究では、ASDEX Upgrade、JET、Alcator C-Modの3つのトカマクにおいて、新古典輸送の支配が弱まり、乱流的な高Z不純物輸送が強まるこの領域に近づくプラズマの統合シミュレーションを提示する。まず、主プラズマと不純物分布の両方を測定する一連の計測器を用いてモデリングの検証を行う。高Z不純物密度は、実験とシミュレーションの両方で平坦であることが見いだされた。次に、理論に基づく乱流および新古典輸送モデルによって計算された不純物輸送係数を分析し、より典型的な支配的な新古典高Z不純物対流ではなく、同等またはそれ以上の乱流成分が支配的であることを示す。炉心への影響について議論する。