The transport dynamics of impurities in the pedestal region of ITER plasmas is of crucial interest since this regulates the penetration of impurities from the edge into the core plasma, where an excessive accumulation of impurities can degrade their fusion performance. In the pedestal region of H-mode tokamak plasmas, anomalous transport is highly reduced and impurity transport is found to be well described by the neoclassical theory. Under these conditions, perturbations to the axisymmetric tokamak geometry can strongly affect both the radial electric field and particle transport. In this work, we describe the results of numerical studies performed to quantify the effects on the pedestal ambipolar electric field and radial particle fluxes of the non-axisymmetric fields, associated with both the intrinsic toroidal field ripple and extrinsic fields applied for ELM control, for ITER Q = 10 plasma conditions with emphasis on high Z impurity transport. It is found that the effect of the ITER toroidal field ripple on high Z impurity transport is negligible. On the contrary, extrinsic three-dimensional fields applied for ELM control cause a strong modification of the pedestal ambipolar electric (to less negative values) and the appearance of multi-valued solutions for the pedestal electric field, analogue to core stellarator transport significantly increasing the outward character of neoclassical pedestal transport for both the main plasma ions (D and T in ITER) and high Z impurities, suggesting a strong modification of the background plasma profiles. Finally, it is found that for the Z impurity, its quantitative evaluation has uncertainties (with important implications for the radial flow direction) associated with the high poloidal Mach number ~ 1, due to the high pedestal electric field and large ion mass, which renders the first order neoclassical theory questionable. Detailed ITER MHD 3D equilibria and a benchmark of SFINCS against NEO and NCLASS codes has also been obtained.
ペデスタル領域における不純物の輸送ダイナミクスは、端部からコアプラズマへの不純物の浸透を制御するため、ITERプラズマにおいて極めて重要である。コアプラズマ内で不純物が過剰に蓄積すると、核融合性能が低下する可能性がある。Hモードトカマクプラズマのペデスタル領域では、異常輸送が大幅に低減され、不純物輸送は新古典理論によってよく記述されることが知られている。このような条件下では、軸対称トカマク幾何学からの摂動が、動径電場と粒子輸送の両方に強く影響を及ぼす可能性がある。本研究では、ITER Q=10プラズマ条件において、固有のトロイダル磁場リップルとELM制御のために印加される外部磁場の両方に関連する非軸対称磁場が、ペデスタルの両極性電場と動径粒子束に及ぼす影響を定量化するために実施した数値計算の結果について述べる。ITERのトロイダル磁場リップルが高Z不純物輸送に及ぼす影響は無視できる程度であることが判明した。対照的に、ELM制御のために印加される外部3次元磁場は、ペデスタルの両極性電場を強く変化させ（負の値が小さくなる）、ペデスタル電場の多重解を生じさせる。これは、コア領域の恒星器輸送と類似しており、主プラズマイオン（ITERにおけるDおよびT）と高Z不純物の両方について、新古典的ペデスタル輸送の外向き特性を有意に増大させ、背景プラズマ分布の強い変化を示唆している。最後に、高Z不純物の定量評価には、高いポロイダルマッハ数（約1）に起因する不確実性が伴うことが判明した。これは、ペデスタル電場が高く、イオン質量が大きいためであり、一次の新古典理論が適用限界に達することを示している。さらに、ITERのMHD 3次元平衡の詳細な計算と、SFINCSコードのNEOおよびNCLASSコードに対するベンチマークも実施した。