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Understanding of impurity poloidal distribution in the edge pedestal by modelling

V. Rozhansky, E. Kaveeva, P. Molchanov, I. Veselova, S. Voskoboynikov, D. Coster, E. Fable, T. Puetterich, E. Viezzer, A.S. Kukushkin2015年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

Simulation of an H-mode ASDEX Upgrade shot with boron impurity was done with the B2SOLPS5.2 transport code. Simulation results were compared with the unique experimental data available for the chosen shot: radial density, electron and ion temperature profiles in the equatorial midplanes, radial electric field profile, radial profiles of the parallel velocity of impurities at the low-field side (LFS) and high-field side (HFS), radial density profiles of impurity ions at LHS and HFS. Simulation results reproduce all available experimental data simultaneously. In particular strong poloidal HFS–LFS asymmetry of B5+ ions was predicted in accordance with the experiment. The simulated HFS B5+ density inside the edge transport barrier is twice larger than that at LFS. This is consistent with the experimental observations where even larger impurity density asymmetry was observed. A similar effect was predicted in the simulation done for the MAST H-mode. Here the HFS density of He2+ is predicted to be 4 times larger than that at LHS. Such a large predicted asymmetry is connected with a larger ratio of HFS and LFS magnetic fields which is typical for spherical tokamaks. The HFS/LFS asymmetry was not measured in the experiment, however modelling qualitatively reproduces the observed change of sign of He+parallel velocity to the counter-current direction at LFS. The understanding of the asymmetry is based on neoclassical effects in plasma with strong gradients. It is demonstrated that simulation results obtained with account of sources of ionization, realistic geometry and turbulent transport are consistent with the simplified analytical approach. Difference from the standard neoclassical theory is emphasized.

日本語訳

B2SOLPS5.2輸送コードを用いて、ホウ素不純物を含むHモードASDEX Upgrade放電のシミュレーションを実施した。シミュレーション結果は、選択した放電で利用可能な唯一の実験データと比較された。すなわち、赤道面中平面における動径密度分布、電子温度分布、イオン温度分布、動径電場分布、低磁場側(LFS)および高磁場側(HFS)における不純物の平行速度の動径分布、ならびにLFSおよびHFSにおける不純物イオンの動径密度分布である。シミュレーション結果は、利用可能なすべての実験データを同時に再現した。特に、B5+イオンの強いポロイダル方向のHFS–LFS非対称性が実験と一致して予測された。エッジ輸送障壁内部におけるシミュレーション上のHFSでのB5+密度は、LFSでの値の2倍であった。これは、さらに大きな不純物密度非対称性が観測された実験結果と整合する。同様の効果は、MASTのHモードに対して実施されたシミュレーションでも予測された。ここでは、HFSでのHe2+密度がLFSでの値の4倍になると予測された。このような大きな予測非対称性は、球状トカマクに典型的なHFSとLFSの磁場比の大きさに関連している。HFS/LFS非対称性は実験では測定されなかったが、モデリングはLFSにおけるHe+の平行速度の符号が反電流方向へ変化するという観測結果を定性的に再現した。この非対称性の理解は、強い勾配を有するプラズマにおける新古典効果に基づいている。電離源、現実的な幾何学形状、および乱流輸送を考慮して得られたシミュレーション結果が、簡略化された解析的アプローチと整合することが実証された。標準的な新古典理論との差異が強調される。

装置

asdex-upgrade低精度(概要文一致)mast低精度(概要文一致)

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