We report the first 3D EMC3-EIRENE simulations of scrape-off layer (SOL) plasma in DEMO. EMC3-EIRENE is a 3D edge plasma fluid and neutral particle transport code. Effects of local gas puffing on the SOL density and ion cyclotron range of frequencies (ICRF) power coupling have been studied. A pure deuterium plasma is simulated and the puffing/fueling gas is deuterium gas. The gas puffing cases investigated include divertor, top, midplane and antenna gas puffing. The ICRF antenna is distributed through 360° toroidally, and poloidally located in the outer top of the vessel. The results show that toroidally distributed but poloidally localized antenna gas puffing increases the density in front of the antenna most significantly, while top or midplane gas puffing increases this antenna density to a moderate level. Influences of gas puff rate and particle transport parameters on the SOL density are investigated. The parameter scans indicate that the shift of the fast wave cut-off density position to the antenna depends almost linearly on the total gas puff rate. To achieve a significant antenna density increase, the antenna gas puff rate should be at the level of 1.8 × 1023 el s−1 (i.e. 1.0 × 1022 el s−1 per tokamak segment). As the total gas puff rate increases to 4.0 × 1023 el s−1, the evanescent layer of the fast wave (with = 2 m−1) almost vanishes. Moreover, it is found that antenna gas puffing reduces the local power flux to the main chamber wall near the gas valve due to a local decrease of the SOL temperature.
我々は、DEMOにおけるスクレイプオフ層（SOL）プラズマの初の3D EMC3-EIRENEシミュレーションを報告する。EMC3-EIRENEは、3Dエッジプラズマ流体および中性粒子輸送コードである。SOL密度およびイオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）電力結合に対する局所ガス入射の影響を研究した。純重水素プラズマをシミュレーションし、入射／充填ガスは重水素ガスである。調査したガス入射ケースには、ダイバータ、トップ、ミッドプレーン、およびアンテナガス入射が含まれる。ICRFアンテナはトロイダル方向に360°分布し、ポロイダル方向には容器外側上部に位置する。結果は、トロイダル方向に分布しポロイダル方向に局在化したアンテナガス入射が、アンテナ前方の密度を最も顕著に増加させる一方、トップまたはミッドプレーンガス入射はこのアンテナ密度を中程度に増加させることを示している。SOL密度に対するガス入射率および粒子輸送パラメータの影響を調査した。パラメータスキャンは、高速波の遮断密度位置のアンテナへのシフトが総ガス入射率にほぼ線形に依存することを示している。有意なアンテナ密度増加を達成するには、アンテナガス入射率は1.8×10²³ el s⁻¹（すなわち、トカマクセグメントあたり1.0×10²² el s⁻¹）のレベルであるべきである。総ガス入射率が4.0×10²³ el s⁻¹に増加すると、高速波のエバネッセント層（= 2 m⁻¹）はほぼ消滅する。さらに、アンテナガス入射は、SOL温度の局所的な低下により、ガスバルブ近傍の主容器壁への局所熱流束を低減することが見出された。