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Simulation study of the effect of magnetic curvature drift on tungsten impurity transport in the edge plasma region of EAST Tokamak

Yihan Wu, Chaofeng Sang, Yilin Wang, Chen Zhang, Qingrui Zhou, Yudie He, Dezhen Wang2026年4月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Magnetic field drift, caused by magnetic field inhomogeneity or curvature, is proportional to the particle mass and thus more pronounced for high-Z impurities. At present, the magnetic drift effect of high-Z impurities has not received sufficient attention in edge transport studies, and systematic investigations are still lacking. In this work, the impurity transport code IMPEDGE is upgraded to investigate the impact of magnetic curvature drift on tungsten impurity transport in the EAST Tokamak under a lower single-null forward Bt configuration. The upgraded code incorporates the magnetic curvature drift effect and applies a heat flux limiter factor to correct the parallel heat flux in non-local conditions to avoid overestimation of thermal force. The focus is placed on the influence of magnetic curvature drift on the radial transport of tungsten impurities under different scrape-off layer (SOL) collisionality conditions. The results show that, without thermal force correction, the overestimation of impurity parallel velocity leads to a pronounced magnetic curvature drift effect, which substantially reduces the core tungsten density. The mechanism of impurity screening by magnetic curvature drift lies in the outward radial convective velocity generated at the outer divertor entrance. Even with thermal correction force taken into account, magnetic curvature drift still suppresses tungsten core accumulation, but its impact becomes relatively weaker due to the reduction of impurity parallel velocity. The study further finds that the influence of magnetic curvature drift on tungsten transport also depends on the SOL collisional frequency . The effect of on core tungsten impurity density exhibits a non-monotonic trend with increasing . Specifically: when > 25 s−1, the curvature drift velocity is small and its influence on impurity transport is negligible; when 10 s−1 < < 25 s−1, curvature drift induces a significant outward radial convective velocity (∼30 m s−1) near the outer divertor entrance, suppressing core accumulation (the core tungsten density is reduced by ∼20% in this simulation); when < 10 s−1, the competing E× B drift effect weakens the influence of magnetic curvature drift. This study demonstrates that incorporating the thermal correction is crucial for accurately predicting impurity parallel velocity and the influence of magnetic field curvature drift, while also revealing that the strength of the magnetic curvature drift effect strongly depends on .

日本語訳

磁場ドリフトは、磁場の不均一性または曲率に起因し、粒子質量に比例するため、高Z不純物ほど顕著である。現在、高Z不純物の磁気ドリフト効果は周辺輸送研究において十分な注意を払われておらず、系統的な研究は依然として不足している。本研究では、不純物輸送コードIMPEDGEを改良し、下部シングルヌル順方向Bt配位のEASTトカマクにおけるタングステン不純物輸送に対する磁気曲率ドリフトの影響を調査した。改良されたコードは磁気曲率ドリフト効果を組み込み、非局所条件下での平行熱流束を補正するために熱流束リミッター係数を適用し、熱力の過大評価を回避する。焦点は、異なるスクレイプオフ層(SOL)衝突頻度条件下におけるタングステン不純物の径方向輸送に対する磁気曲率ドリフトの影響に置かれている。結果は、熱力補正がない場合、不純物の平行速度の過大評価が顕著な磁気曲率ドリフト効果をもたらし、コアタングステン密度を大幅に低下させることを示している。磁気曲率ドリフトによる不純物遮蔽のメカニズムは、外側ダイバータ入口で生成される外向き径方向対流速度にある。熱補正力を考慮しても、磁気曲率ドリフトは依然としてタングステンのコア蓄積を抑制するが、その影響は不純物の平行速度の低減により比較的弱くなる。さらに、この研究は、磁気曲率ドリフトがタングステン輸送に与える影響がSOL衝突周波数νにも依存することを見出した。コアタングステン不純物密度に対するνの影響は、νの増加に伴って非単調な傾向を示す。具体的には、ν > 25 s−1の場合、曲率ドリフト速度は小さく、その不純物輸送への影響は無視できる。10 s−1 < ν < 25 s−1の場合、曲率ドリフトは外側ダイバータ入口近傍で大きな外向き径方向対流速度(∼30 m s−1)を誘起し、コア蓄積を抑制する(このシミュレーションではコアタングステン密度は∼20%減少する)。ν < 10 s−1の場合、競合するE×Bドリフト効果が磁気曲率ドリフトの影響を弱める。本研究は、熱補正を組み込むことが、不純物の平行速度と磁場曲率ドリフトの影響を正確に予測するために極めて重要であることを示すとともに、磁気曲率ドリフト効果の強さがνに強く依存することも明らかにしている。

装置

east高精度(タイトル一致)

wiki

TungstenEASTImpurityEdge plasmaImpurity transport

AIによる論文要約

EASTトカマクの周辺プラズマ領域におけるタングステン不純物輸送に及ぼす磁気曲率ドリフトの影響に関するシミュレーション研究
JA核融合プラズマ物理の研究者や大学院生、特にトカマク周辺プラズマや不純物輸送に興味のある方。#核融合 #トカマク #不純物輸送 #磁気曲率ドリフト #EAST
LLM向け: {"Title": "磁気曲率ドリフトがタングステン不純物輸送に与える影響のシミュレーション研究", "Authors": "不明", "Research Ob…

磁場の不均一性や曲率に起因する磁気ドリフトは粒子質量に比例し、高Z不純物で顕著です。本研究では、不純物輸送コードIMPEDGEを改良し、EASTトカマクの下側シングルヌル配位におけるタングステン不純物輸送に対する磁気曲率ドリフトの影響を調査しました。熱力の過大評価を避けるため、熱流束リミッター因子を導入。その結果、熱力補正なしでは磁気曲率ドリフトがコアタングステン密度を大幅に低減することが分かりました。その機構は、外側ダイバータ入口での外向き径方向対流速度です。熱力補正後も効果は残るものの、弱まります。さらに、スクレイプオフ層の衝突周波数に依存し、非単調な挙動を示します。この研究は、正確な予測には熱補正が必須であり、磁気曲率ドリフトの強さが衝突周波数に強く依存することを示しています。

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