The spreading of impurities locally injected into hot magnetized plasmas is modelled on the basis of a fluid description for electrons, impurity neutrals and ions in low charge states in the vicinity of the injection position. The elaborated model takes into account that impurity particles of different charges are localized predominantly inside the nested shells whose extensions along and across the magnetic field increase with the charge. By integrating fluid equations for particle, parallel momentum and heat transfer, ordinary differential equations for the time evolution of characteristic shell dimensions, densities and temperatures of impurity ion species are deduced. The proposed approach is applicable under conditions where the local impurity density can noticeably exceed the density of the background plasma ions, but the effects of plasma cooling due to the presence of impurity are negligible. The results of calculations for plasma conditions typical in experiments with impurity seeding in tokamaks are presented.
磁化された高温プラズマ中に局所的に注入された不純物の拡がりは、注入位置近傍における電子、不純物中性粒子、および低電離状態の不純物イオンに対する流体モデルに基づいてモデル化される。本モデルでは、異なる電荷状態の不純物粒子が、磁場に沿った方向および垂直方向の広がりが電荷状態に応じて増大する入れ子状の殻構造の内部に局在することを考慮する。粒子、平行方向運動量、および熱輸送に関する流体方程式を積分することにより、不純物イオン種の特性殻寸法、温度、および密度の時間発展を記述する常微分方程式が導出される。本手法は、局所的な不純物密度が背景プラズマのイオン密度を顕著に超え得る一方で、不純物の存在によるプラズマ冷却効果が無視できる条件下で適用可能である。トカマクにおける不純物注入実験に典型的なプラズマ条件に対する計算結果が提示される。