Accumulation of impurities in the core of the plasma is a potential problem for any fusion reactor, and is thought to be especially problematic for stellarators. We use the collisional transport code Sfincs to calculate, in a reactor stellarator scenario, the effects of flux-surface electrostatic potential variation on tungsten transport. The potential variation is found to have a large effect on the transport, reversing the sign of the transport coefficients related to the radial electric field and the bulk ion temperature gradient, and also increasing the magnitude of the former by two orders of magnitude. We optimize the electrostatic potential variation to minimize impurity accumulation, resulting in a 20%–50% reduction of the inward impurity flux. Furthermore, we investigate whether the electrostatic potential variation caused by fast particles due to ion-cyclotron resonance heating can be used to reduce the impurity accumulation, but find the effect to be small in the cases considered.
核融合プラズマの中心部における不純物の蓄積は、あらゆる核融合炉にとって潜在的な問題であり、特にステラレーターでは深刻であると考えられている。我々は、衝突輸送コードSfincsを用いて、炉心規模のステラレーターシナリオにおいて、磁気面に沿った静電ポテンシャル変動がタングステン輸送に及ぼす影響を計算した。このポテンシャル変動は輸送に大きな影響を及ぼし、径方向電場およびバルクイオン温度勾配に関連する輸送係数の符号を反転させ、さらに前者の大きさを2桁増大させることが見出された。我々は、不純物蓄積を最小化するように静電ポテンシャル変動を最適化し、その結果、内向きの不純物フラックスを20%～50%低減できることを示した。さらに、イオンサイクロトロン共鳴加熱に起因する高速粒子によって生じる静電ポテンシャル変動が不純物蓄積の低減に利用可能かどうかを調査したが、検討したケースではその効果は小さいことがわかった。