Modelling of carbon pellet injection into hot hydrogen plasma is performed. Models of ionization and radiation processes previously used for descriptions of the ablation clouds are discussed. It is demonstrated that the assumption made by other authors that the plasma is transparent significantly overestimated ionization lengths for carbon. The optical thickness of the cloud is estimated. With typical ablation rates, the cloud in the vicinity of the pellet is opaque for resonant radiation in lines, in contrast to the visual transparency for non-resonant photons. The ionization by incident electrons is not sufficient to provide the short experimental cloud sizes. A reduced model for the ion stripping dynamics and energy losses in optically thick plasmas is proposed. Two very important phenomena are taken into account: partial trapping of resonant photons in the cloud and ionization from the excited state. The model is included into the MHD pellet code LLP. Calculations with the new model show at least a qualitative agreement with the experimental sizes of the carbon clouds, in contrast to the models used earlier.
高温水素プラズマへの炭素ペレット注入のモデリングを行う。これまでアブレーション雲の記述に用いられてきた電離・放射過程のモデルについて考察する。他の研究者らが仮定したようにプラズマが光学的に透明であるとすると、炭素の電離長が過大評価されることを示す。雲の光学的厚さを見積もる。典型的なアブレーション率では、共鳴放射線に対して雲はペレット近傍で不透明であるが、非共鳴光子に対しては視覚的に透明であることがわかる。入射電子による電離だけでは、実験で観測される短い雲のサイズを説明するのに十分ではない。光学的に厚いプラズマにおけるイオン化状態の時間発展とエネルギー損失を記述する簡約モデルを提案する。このモデルでは、共鳴光子の雲内での部分的な閉じ込めと、励起状態からの電離という2つの重要な効果を考慮する。このモデルをMHDコードLLPに組み込む。新しいモデルによる計算結果は、従来のモデルと比較して、実験で観測される炭素雲のサイズと定性的に一致することを示す。