Enhancing plasma injection efficiency and penetration depth is crucial for achieving high-performance steady-state fusion confinement in ITER, the next generation magnetic confinement fusion device. Based on the trans-neut module within the BOUT++ boundary plasma turbulence program framework, this study conducts two-dimensional simulations and comparative analyses of supersonic molecular beam injection (SMBI) on the high-field side (HFS) and the low-field side (LFS), using the actual divertor geometry of the HL-2 A tokamak. The physical model encompasses plasma density, heat, and momentum transport equations, as well as neutral particle density and momentum transport equations. The results show that HFS SMBI produces deeper neutral penetration in normalized poloidal-flux space than LFS SMBI. The ion density inside the LCFS in the HFS case reaches about 1.5–2 times that in the LFS case, accompanied by a stronger reduction of the edge plasma temperature. The deeper HFS penetration is associated with the smaller local field-line slope on the HFS path, which causes a finite-width SMBI source to be mapped differently along the magnetic field compared with the LFS case. These results indicate that HFS SMBI can enhance both the penetration depth and the fueling efficiency in the present HL-2 A geometry.
プラズマ入射効率と侵入深さを向上させることは、次世代磁場閉じ込め核融合装置であるITERにおいて高性能な定常核融合閉じ込めを達成するために極めて重要である。BOUT++境界プラズマ乱流プログラムフレームワーク内のtrans-neutモジュールに基づき、本研究では、HL-2 Aトカマクの実ダイバータ形状を用いて、高磁場側（HFS）および低磁場側（LFS）への超音速分子ビーム入射（SMBI）の2次元シミュレーションと比較解析を実施した。物理モデルは、プラズマ密度、熱、運動量輸送方程式、ならびに中性粒子密度および運動量輸送方程式を含む。結果は、HFS SMBIがLFS SMBIよりも規格化ポロイダル磁束空間においてより深い中性粒子侵入を生じることを示す。HFSの場合のLCFS内側のイオン密度はLFSの場合の約1.5–2倍に達し、それに伴って周辺プラズマ温度のより強い低下が見られる。HFSでのより深い侵入は、HFS経路上の局所的な磁力線傾斜がより小さいことと関連しており、そのため有限幅のSMBI源がLFSの場合と比較して磁場に沿って異なるように写像される。これらの結果は、HFS SMBIが現在のHL-2 A形状において侵入深さと燃料供給効率の両方を向上させ得ることを示している。