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Transport characteristic evaluation of runaway electrons in an ITER disruption simulation

Shi-Jie Liu, Feng Wang, Di Hu, Zheng-Xiong Wang, the JOREK team2024年8月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

In previous studies, it has been observed that the transport of energetic electrons decreases with increasing energy. This observation is a global and long-time-scale result, attributed to the space-averaged perturbations. In this work, we focus on the local and instantaneous transport characteristics of runaway electrons (REs) during the phase of tokamak disruption, with REs speeds close to the speed of light. To simulate the dynamics of REs, we utilize a particle tracing code called PTC. By coupling PTC with the MHD code JOREK, we are able to study the energy and spatial dependence of RE transport. Our investigations reveal that the finite orbit width (FOW) effect plays an important role in RE transport. This effect is influenced by the relative direction of the electron drift and the magnetic field line. Specifically, the FOW effect strengthens the transport when the drift direction aligns with the deflecting direction of the field line. And we compare the transport profiles among three time slices: at the beginning of the thermal quench, during the thermal quench, and at the beginning of the current quench. In this ITER disruption simulation, the perturbation scale is strong and is up to 0.05 at developed thermal quench stage. It is reasonable that the influence of FOW effect on transport is less than that of magnetic perturbation even if the energy of REs is about hundreds MeV and the orbit width is equal to or greater than the perturbation length. These analyses provide insights into the mechanisms of RE transport based on magnetic perturbations.

日本語訳

これまでの研究では、高エネルギー電子の輸送はエネルギーが増加するにつれて減少することが観察されている。この観察結果は、空間平均された擾乱に起因する、大局的かつ長時間スケールの結果である。本研究では、トカマク破壊位相中における runaway 電子(RE)の、局所的かつ瞬間的な輸送特性に着目する。このとき RE の速度は光速に近い。RE のダイナミクスをシミュレーションするために、我々は PTC と呼ばれる粒子追跡コードを利用する。PTC を MHD コード JOREK と結合することにより、RE 輸送のエネルギー依存性と空間依存性を研究することができる。我々の調査により、有限軌道幅(FOW)効果が RE 輸送において重要な役割を果たすことが明らかになった。この効果は、電子のドリフトと磁力線の相対的な方向に影響される。具体的には、ドリフト方向が磁力線の偏向方向と一致する場合、FOW 効果は輸送を強化する。そして、我々は3つの時点、すなわち熱クエンチの開始時、熱クエンチ中、電流クエンチの開始時における輸送プロファイルを比較する。この ITER 破壊シミュレーションでは、擾乱スケールは強く、発達した熱クエンチ段階では 0.05 に達する。RE のエネルギーが約数百 MeV であり、軌道幅が擾乱長以上である場合でも、FOW 効果が輸送に及ぼす影響が磁気擾乱の影響よりも小さいことは合理的である。これらの解析は、磁気擾乱に基づく RE 輸送のメカニズムに関する洞察を提供する。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERPlasma disruptionRunaway electron
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