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Simulation of stochastic transport and deposition of seed runaway electrons during disruption mitigation

Yuxiang Sun, Bo Li, Feng Wang, Di Hu, Yue Yuan, Long Cheng, Yuhao Li, the JOREK Team2025年8月Nuclear FusionIF 3出版社

Runaway electrons (REs) during the Current Quench can significantly impact the operational limits and component lifetime of future high-performance tokamaks such as ITER. Localized, uncontrolled REs deposition can result in serious damage to first wall surfaces and structures in the devices, especially if the REs replaces the bulk electrons as the main current carrier. One way to avoid such current replacement is to deplete the seed REs within the plasma through stochastic trajectory loss before they have time to avalanche. To investigate such stochastic transport behavior as part of the ITER disruption mitigation scheme, we carry out guiding center simulations of the seed REs with conservative higher-order magnetic moments using the PTC code based on fluid fields produced by JOREK simulations. We focus on an ITER plasma after Shattered Pellet Injection, which experiences breaking-up and healing of flux surfaces, and investigate the RE transport properties as the stochasticity evolves. Self-similar density profiles and exponential decay of seed REs are found for cases with sufficiently stochastic magnetic field. The diffusion of seed REs with various momentum, pitch angle and initial location is investigated and their corresponding transport coefficients are obtained statistically through the simulations and compared with the effective RE radial flux. We also examine their timescale of loss and compare it with that of the RE avalanche to estimate the efficiency of stochastic RE depletion during the mitigation process. Finally, using a realistic 2D wall, we present the deposition pattern of REs on the first wall to estimate its asymmetry.

日本語訳

電流クエンチ中の runaway electrons(REs)は、ITER のような将来の高性能トカマクの運転限界と構成機器の寿命に重大な影響を与え得る。局所的で制御されていない REs の堆積は、特に REs がバルク電子に取って代わり主電流担体となった場合、装置内の第一壁表面や構造物に深刻な損傷をもたらす可能性がある。このような電流置換を回避する一つの方法は、REs が雪崩増倍する前に、確率的軌道損失によってプラズマ内の種 REs を枯渇させることである。ITER のディスラプション緩和計画の一部としてこのような確率的輸送挙動を調査するため、我々は JOREK シミュレーションによって生成された流体場に基づく PTC コードを用いて、保存的な高次磁気モーメントを有する種 REs のガイドセンターシミュレーションを実行する。我々は、破砕ペレット注入後の ITER プラズマに着目し、そこでは磁束面の破壊と修復が生じ、確率性の進化に伴う REs 輸送特性を調査する。十分に確率的な磁場を有する場合について、自己相似的な密度分布と種 REs の指数関数的減衰が見出される。様々な運動量、ピッチ角、初期位置を持つ種 REs の拡散を調査し、それらの対応する輸送係数をシミュレーションを通じて統計的に取得し、実効的な REs 動径フラックスと比較する。また、その損失の時間スケールを調べ、REs 雪崩増倍の時間スケールと比較して、緩和過程における確率的 REs 枯渇の効率を評価する。最後に、現実的な 2 次元壁を用いて、第一壁上の REs の堆積パターンを示し、その非対称性を評価する。

装置

iter高精度(AI判定)

wiki

Plasma disruptionRunaway electronDisruption mitigation

AIによる論文要約

プラズマ中の種子ランナウェイ電子の確率論的輸送と堆積のシミュレーション
JAこの論文は、トカマクプラズマにおけるランナウェイ電子の挙動に興味のある核融合研究者や学生に役立つと考えられます。#トカマク #ランナウェイ電子 #プラズマ物理 #シミュレーション
LLM向け: {'Title': 'プラズマ中の種子ランナウェイ電子の確率論的輸送と堆積のシミュレーション', 'Author(s)': '不明', 'Research Ob…

この論文は、ITER等の高性能トカマクにおいて発生するランナウェイ電子の挙動を調べたものです。ランナウェイ電子の局所的な堆積は壁面への深刻な損傷を引き起こす可能性があるため、それらを効果的に除去する方法が重要です。本研究では、ランナウェイ電子の確率論的な輸送特性をシミュレーションにより明らかにし、ランナウェイ電子の除去効率を評価しています。

Simulation of stochastic transport and deposition of seed runaway electrons during disruption mitigation
ENThis paper is relevant for fusion researchers and engineers working on disruption mitigation and runaway electron management in high-performance tokamaks. It provides insights that can help improve the design and operation of future fusion devices.#FusionEnergy #DisruptionMitigation #RunawayElectrons #StochasticTransport
LLM向け: {'Title': 'Simulation of stochastic transport and deposition of seed runaway ele…

This paper investigates the stochastic transport and deposition of runaway electrons (REs) during disruption mitigation in tokamaks like ITER. Simulations show that stochastic magnetic fields can deplete seed REs before they can avalanche, preventing damage to the first wall. The study examines RE transport properties, loss timescales, and deposition patterns to estimate the efficiency of stochastic RE depletion during the mitigation process.

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