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Time dependent simulation of pellet evaporation in tokamak plasmas

M.J. Dunning, F.J. Mayer, T. Kammash1990年被引用 5Nuclear FusionIF 3出版社

The evaporation of frozen deuterium pellets injected into Alcator C plasmas is examined using a specialized time dependent plasma hydrodynamic code which includes flux limited thermal conduction and neglects magnetic field effects. Ablatant characteristics (density, temperature, ionization) are temporally and spatially resolved and are in good agreement with experimental measurements and with values predicted by other models. The hydrogen Balmer-alpha (Hα line radiation measured experimentally from the ablating pellet is quantitatively reproduced. A thin neutral region of millimetre radius and a partially ionized region of centimetre radius are calculated to evolve. The neutral region does not play a dominant role in determining the pellet lifetime. Flux limited thermal conduction in the cold, dense ablatant naturally 'shields' the pellet from the hot plasma, relatively independently of the degree of ionization. For the flux limit parameter an estimate of f ≈ 0.2 is obtained, which is close to the 'expected' value of 0.32. Finally, it is found that the time dependence of the Hα signal is not directly proportional to the mass ablation rate, but is more nearly proportional to the thermal flux from the tokamak plasma to the ablatant.

日本語訳

冷凍重水素ペレットがAlcator Cプラズマに注入された際の蒸発を、フラックス制限熱伝導を含み磁場効果を無視する特殊な時間依存プラズマ流体コードを用いて調べた。アブラント特性(密度、温度、電離度)は時間的・空間的に分解され、実験測定値および他のモデルによる予測値とよく一致する。水素バルマーアルファ(Hα)線放射は、アブレーション中のペレットから実験的に測定されたものが定量的に再現される。半径ミリメートルの薄い中性領域と、半径センチメートルの部分電離領域が発展すると計算される。中性領域はペレットの寿命を決定する上で支配的な役割を果たさない。冷たく高密度なアブラント内のフラックス制限熱伝導は、電離度に比較的依存せずに、ペレットを高温プラズマから自然に「遮蔽」する。フラックス制限パラメータについては、f ≈ 0.2 の推定値が得られ、これは「期待される」値 0.32 に近い。最後に、Hα信号の時間依存性は質量アブレーション率に直接比例するのではなく、トカマクプラズマからアブラントへの熱流束によりほぼ比例することが見出された。

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