The JINTRAC integrated modeling suite has been adapted for the KSTAR tokamak, with its primary goal being the establishment of a core-edge integrated modeling framework for predictive analysis of KSTAR plasmas. This framework was validated by benchmarking JINTRAC’s physics modules against both established codes and experimental data from a KSTAR carbon (C) divertor discharge (#25458), demonstrating high fidelity. Based on the validation, predictive core-edge coupled simulations were performed to investigate the effects of changing the divertor material from C to tungsten (W). The simulations predicted a significant increase in core radiation and a corresponding decrease in plasma temperatures, consistent with the behavior of high-Z materials. Specifically, the high tungsten influx causes radiative cooling in the pedestal and core regions, leading to a reduction in edge bootstrap current and a compensatory increase in core inductive current. This redistribution of current density drops the central safety factor () below unity, triggering sawtooth instability which serves to suppress core impurity accumulation. Sensitivity analysis indicated that while toroidal rotation exhibits a non-monotonic correlation with tungsten profile peaking, the total tungsten inventory and radiated power () increased with higher rotation. Additionally, increasing the separatrix electron density effectively suppressed the tungsten source at the divertor target, yet the reduction in core tungsten inventory was limited compared to the extent of source reduction. These findings imply that achieving high-performance operation requires a comprehensive control strategy that minimizes the absolute impurity influx across the separatrix through combined source suppression and transport control.
JINTRAC統合モデリングスイートはKSTARトカマク向けに適用され、その主たる目的はKSTARプラズマの予測解析のためのコア・エッジ統合モデリングフレームワークを確立することである。このフレームワークは、JINTRACの物理モジュールを、確立されたコードおよびKSTARカーボン(C)ダイバータ放電(#25458)からの実験データの両方に対してベンチマークすることにより検証され、高い忠実度が実証された。この検証に基づき、ダイバータ材料をCからタングステン(W)に変更した場合の影響を調べるために、予測的なコア・エッジ結合シミュレーションが実施された。シミュレーションは、コア放射の有意な増加と、それに対応するプラズマ温度の低下を予測し、これは高Z材料の挙動と一致する。具体的には、高いタングステン流入がペデスタル領域およびコア領域での放射冷却を引き起こし、エッジのブートストラップ電流の低減と、それを補償するコアの誘導電流の増加をもたらす。この電流密度の再分布により、中心安全係数()は1未満に低下し、鋸歯状不安定性を引き起こして、コアの不純物蓄積を抑制する働きをする。感度解析は、トロイダル回転がタングステンプロファイルのピーキングと非単調な相関を示す一方で、総タングステンインベントリと放射パワー()はより高い回転とともに増加することを示した。さらに、セパラトリックス電子密度の増加は、ダイバータターゲットでのタングステン源を効果的に抑制したが、コアのタングステンインベントリの低減は、源の低減の程度と比較して限定的であった。これらの知見は、高性能運転を達成するには、源の抑制と輸送制御を組み合わせてセパラトリックスを横切る絶対的な不純物流入を最小化する包括的な制御戦略が必要であることを示唆している。