Self-consistent simulations of sawtooth oscillations on four DEMO (demonstration fusion power plant) designs, proposed by European, Indian, Chinese, and Korean teams, are carried out using the Porcelli sawtooth triggering model and the modified version of the Kadomtsev magnetic reconnection model coupled with the BALDUR integrated code. The simulation results suggest that all sawtooth crashes are triggered by the driving force for the internal kink instability overcoming the fast ion stabilization found in all DEMOs. Conversely, different expansions of the pre-crash helical flux are found, causing different mixing radii on each design. The mixing radius of the European DEMO is found to be the largest, resulting in the largest reduction of the core plasma temperature after the sawtooth crash. It is also observed that for all DEMOs except the Chinese DEMO, regular sawtooth crashes lead to an increase in the core plasma density and radiative power density in different levels, which are due to the steepness of the pre-crash hollow density profile. Furthermore, while helium is found to be outwardly transported by sawtooth crashes for all DEMOs, the sawteeth yield a penetration of the seeded impurities, remarkably found in the European design. Interestingly, based on the European design, a decrease in the atomic mass of the plasma fuels and seeded impurities are found to yield greater flatness of the pre-crash density profile and thus a smaller impact of sawtooth oscillations on central density. Additionally, the sawteeth degrade the plasma performance in the Chinese DEMO, but demonstrate positive impacts on the performance in the European, Indian, and Korean DEMOs, which results from the increase of the central ion density caused by the sawteeth. Furthermore, variation in neutral beam injection power exhibits both positive and negative correlations of sawtooth oscillation impacts on central ion density. The sensitivity of the mixing region of DEMOs is also investigated for scans where the main plasma parameters are varied.
欧州、インド、中国、韓国の各チームによって提案された4つのDEMO（実証核融合発電所）設計における鋸歯状振動の自己無撞着シミュレーションを、Porcelli鋸歯状トリガーモデルと、BALDUR統合コードと結合したKadomtsev磁気リコネクションモデルの修正版を用いて実施した。シミュレーション結果は、すべての鋸歯状クラッシュが、全DEMOにおいて見られる高速イオン安定化を内部キンク不安定性の駆動力が上回ることによって引き起こされることを示唆している。逆に、クラッシュ前の螺旋磁束の異なる膨張が見られ、各設計において異なる混合半径を引き起こしている。欧州DEMOの混合半径が最も大きいことが分かり、その結果、鋸歯状クラッシュ後のコアプラズマ温度の低下が最も大きくなる。また、中国DEMOを除くすべてのDEMOにおいて、規則的な鋸歯状クラッシュがコアプラズマ密度と放射パワー密度の増加を様々な程度で引き起こすことが観察される。これは、クラッシュ前の中空密度分布の急峻さに起因する。さらに、すべてのDEMOにおいてヘリウムが鋸歯状クラッシュによって外向きに輸送されることが分かる一方で、鋸歯状振動はシード不純物の浸透をもたらし、これは特に欧州設計において顕著に見られる。興味深いことに、欧州設計に基づくと、プラズマ燃料とシード不純物の原子質量の減少が、クラッシュ前の密度分布の平坦性を高め、その結果、鋸歯状振動が中心密度に与える影響を小さくすることが分かる。さらに、鋸歯状振動は中国DEMOではプラズマ性能を低下させるが、欧州、インド、韓国のDEMOでは性能に正の影響を示す。これは、鋸歯状振動によって引き起こされる中心イオン密度の増加に起因する。さらに、中性粒子ビーム入射パワーの変化は、中心イオン密度に対する鋸歯状振動の影響に関して正と負の両方の相関を示す。また、主要なプラズマパラメータを変化させたスキャンについて、DEMOの混合領域の感度も調査される。