Tungsten (W), as the primary plasma-facing material in tokamaks, is incompatible with the core plasma. Even extremely low concentrations of W impurities can contaminate the plasma. Therefore, the transport and core accumulation of W impurities are among the key challenges in the fusion community. In this study, the impurity transport code IMPEDGE is upgraded to include the effect of E× B drift, and then applied to investigate the impact of E× B drift on W impurity transport in single-null configuration on EAST. It is found that E× B drift not only affects the stagnation point location of W impurities but also exhibits an instantaneous response feature—i.e. it governs the impurity motion on a time scale shorter than the collisional relaxation and exceeding the gyro-period. The instantaneous response of E× B drift governs impurity behavior near the divertor targets and significantly affects the core W impurity density (). By comparing different E×B drift directions, it is found that the region of reversed E×B drift widens with increasing of neon (Ne) injection rate under forward Bt, leading to an increase in . The instantaneous response of E× B drift can induce a deposition phenomenon distinct from prompt redeposition. To evaluate this behavior, this work establishes a simplified theory for analysis. The poloidal drift deposition distance () is defined. When exceeds the W ionization mean free path (), impurities tend to return to the target due to the effect of E× B drift’s instantaneous response. This deposition behavior is more likely to occur under conditions of high electron temperature (Te) and high drift velocity (). Simulation results demonstrate that this theory can effectively identify W deposition induced by the instantaneous response of E× B drift. An equivalent force model was introduced in the simulation and compared with the instantaneous effect of E× B drift, further demonstrating the dominant role of the instantaneous effect. In addition, this study supplements stagnation point theory by revealing that the instantaneous response of E× B drift, together with the equivalent steady-state velocity of impurity (), jointly determines impurity penetration behavior. The findings suggest that adjusting the width of the reversed E× B drift region can optimize impurity screening efficiency, providing a potential strategy for active control of W impurity accumulation in the core.
タングステン(W)は、トカマクにおける主要なプラズマ対向材料であるが、コアプラズマとは両立しない。極めて低濃度のW不純物でさえプラズマを汚染し得る。したがって、W不純物の輸送とコアへの蓄積は、核融合コミュニティにおける主要な課題の一つである。本研究では、不純物輸送コードIMPEDGEをE×Bドリフトの効果を含むように拡張し、EASTのシングルヌル配位におけるW不純物輸送に対するE×Bドリフトの影響を調べるために適用した。E×BドリフトはW不純物の淀み点位置に影響を与えるだけでなく、瞬間応答特性を示すこと、すなわち、衝突緩和よりも短く、ジャイロ周期を超える時間スケールで不純物の運動を支配することが見出された。E×Bドリフトの瞬間応答は、ダイバータ標的近傍の不純物挙動を支配し、コアW不純物密度()に有意に影響を与える。異なるE×Bドリフト方向を比較することにより、順方向Btの下でネオン(Ne)注入率の増加に伴って逆転E×Bドリフト領域が広がり、()の増加をもたらすことが見出された。E×Bドリフトの瞬間応答は、即時再堆積とは異なる堆積現象を誘起し得る。この挙動を評価するために、本研究は解析のための簡略化理論を確立する。ポロイダルドリフト堆積距離()が定義される。()がW電離平均自由行程()を超えるとき、E×Bドリフトの瞬間応答の効果により不純物は標的に戻る傾向がある。この堆積挙動は、高電子温度(Te)および高ドリフト速度()の条件下で発生しやすい。シミュレーション結果は、この理論がE×Bドリフトの瞬間応答によって誘起されるW堆積を効果的に特定できることを実証している。等価力モデルがシミュレーションに導入され、E×Bドリフトの瞬間効果と比較され、瞬間効果の支配的役割がさらに実証された。さらに、本研究は、E×Bドリフトの瞬間応答が不純物の等価定常速度()とともに不純物の侵入挙動を共同で決定することを明らかにすることにより、淀み点理論を補足する。これらの発見は、逆転E×Bドリフト領域の幅を調整することで不純物スクリーニング効率を最適化できることを示唆しており、コアにおけるW不純物蓄積の能動的制御のための潜在的な戦略を提供する。