Particle balance calculations are done for the seeding species N2, Ne, Ar, Kr as well as He with the aim of obtaining a realistic description of the divertor and core plasma impurity content. Experimental time traces of main plasma impurity densities are fitted by a single, time-independent parameter v. This parameter represents the product of the impurity inward pinch in the pedestal, used for the description of gross fueling here, and the enrichment factor between the sub-divertor gas reservoir and the upstream separatrix. v depends strongly on the first ionization energy as well as on the charge Z or mass of the impurity. The prevailing dependence of the enrichment values on the ionization energy suggests the importance of the relative impurity and deuterium ionization lengths in the divertor. Regression analysis of v yields an expression for the impurity concentrations in the core and the divertor of ASDEX Upgrade which allows the prediction of the corresponding impurity densities and their divertor enrichment within a factor of 2 with only engineering parameters as input. A simple wall model has been introduced to take into account wall storage and release of impurities, e.g. for conditions of pre-loaded walls due to seeding in previous discharges. Wall effects are observed for all species considered, but wall storage turns out to be more important for N and He compared to Ne, Ar, Kr. Similar enrichment values are obtained for ELMy H-modes and EDA/QCE no-ELM regimes. A factor of approximately 1.4 reduction in enrichment is observed for divertor conditions for pronounced detachment with Ar and N2. The obtained analytical model for the core and sub-divertor impurity densities is well suited for integration into a discharge flight simulator or a real time state observer.
粒子バランス計算は、シーディング種であるN2、Ne、Ar、Kr、ならびにHeについて、ダイバータおよびコアプラズマの不純物含有量の現実的な記述を得ることを目的として行われる。主プラズマ不純物密度の実験的な時間トレースは、単一の時間に依存しないパラメータvによってフィッティングされる。このパラメータは、ここでの総供給の記述に用いられるペデスタルにおける不純物の内向きピンチと、サブダイバータガスリザーバーと上流セパラトリックスとの間の濃縮係数との積を表す。vは、第一イオン化エネルギーに強く依存し、また不純物の電荷Zまたは質量にも依存する。濃縮値のイオン化エネルギーへの顕著な依存性は、ダイバータ内における不純物と重水素の相対的な電離長の重要性を示唆している。vの回帰分析により、ASDEX Upgradeのコアおよびダイバータにおける不純物濃度の式が得られ、これにより工学パラメータのみを入力として、対応する不純物密度とそのダイバータ濃縮度を2倍以内の精度で予測することができる。壁への不純物の蓄積と放出を考慮するために、簡単な壁モデルが導入された。例えば、以前の放電でのシーディングにより壁があらかじめ負荷された条件などである。壁効果は検討した全ての種で観測されたが、壁への蓄積はNe、Ar、Krと比較してNとHeでより重要であることが判明した。ELMy HモードとEDA/QCE無ELMレジームでは、同様の濃縮値が得られた。ArとN2による顕著なデタッチメントを伴うダイバータ条件では、濃縮度の約1.4倍の減少が観測された。得られたコアおよびサブダイバータ不純物密度の解析モデルは、放電フライトシミュレータまたはリアルタイム状態オブザーバへの統合に適している。