Future fusion reactors are expected to employ full-tungsten plasma-facing components (PFCs), and the generation and core accumulation of tungsten impurities under full-tungsten wall environment is one of the key issues that limit the stable operation of tokamak devices. In this work, the upgraded impurity transport code IMPEDGE is coupled with the extended-grid version of SOLPS-ITER to investigate the erosion and transport of tungsten impurity in full-tungsten wall environment. The background plasma in our simulation is based on experimental data from EAST discharge #140718, with all PFCs assumed to be tungsten. The simulations show that, under full-tungsten wall assumption, both the tungsten impurity erosion and its core concentration remain at relatively high levels even in the detached regime, with dominant contributions originating from the far scrape-off layer (far-SOL) of the lower divertor and the upper divertor region. The main reason is that, although the electron temperature at the near SOL (near-SOL) of the lower divertor decreases significantly during detachment, that in the far-SOL region remains difficult to further reduce (∼10 eV), resulting in substantial tungsten erosion. The total impurity penetration probability (defined as the probability for emitted particles to enter the plasma core) also remains at a relatively high level, mainly because the lower plasma density in the far-SOL weakens the impurity screening effect. In the downstream region, the reduced ion density decreases the friction force acting on impurities, allowing them to more easily escape from the region and migrate upstream. In the upstream region, the lower electron density increases the ionization mean free path, causing impurities to be ionized closer to the last closed flux surface and thereby enhancing impurity penetration. These results indicate that impurity screening in the near-SOL divertor region can be significantly enhanced by impurity-seeded detachment. However, erosion and penetration from the far-SOL region still dominate the core impurity accumulation, suggesting that more effective impurity control strategies for the far-SOL region are required in future studies.
将来の核融合炉では、全タングステン製のプラズマ対向機器（PFC）の採用が想定されており、全タングステン壁環境下でのタングステン不純物の生成およびコアへの蓄積は、トカマク装置の安定運転を制限する主要な課題の一つである。本研究では、改良された不純物輸送コードIMPEDGEを、拡張グリッド版SOLPS-ITERと結合し、全タングステン壁環境におけるタングステン不純物の侵食および輸送を調査した。シミュレーションにおける背景プラズマは、EAST放電#140718の実験データに基づいており、すべてのPFCはタングステンであると仮定されている。シミュレーションにより、全タングステン壁の仮定の下では、タングステン不純物の侵食量とそのコア濃度は、ダイバータがディタッチメント状態にある場合でも比較的高いレベルに維持され、その主要な寄与は下部ダイバータの遠スクレイプオフ層（far-SOL）および上部ダイバータ領域から生じることが示された。主な理由は、下部ダイバータの近スクレイプオフ層（near-SOL）における電子温度はディタッチメント中に大幅に低下するものの、far-SOL領域の電子温度はさらに低下させることが困難であり（約10 eV）、その結果として substantial なタングステン侵食が生じるためである。総不純物侵入確率（放出粒子がプラズマコアに入る確率として定義される）も比較的高いレベルに維持されるが、これは主にfar-SOLにおけるプラズマ密度の低下が不純物遮蔽効果を弱めるためである。下流領域では、イオン密度の低下により不純物に作用する摩擦力が減少し、不純物がその領域からより容易に脱出して上流へ移動できるようになる。上流領域では、電子密度の低下により電離平均自由行程が増加し、不純物が最終閉鎖磁気面に近い位置で電離されるため、不純物の侵入が促進される。これらの結果は、不純物シーディングによるディタッチメントによって、near-SOLダイバータ領域における不純物遮蔽が大幅に強化され得ることを示している。しかし、far-SOL領域からの侵食および侵入が依然としてコア不純物蓄積を支配しており、将来の研究ではfar-SOL領域に対するより効果的な不純物制御戦略が必要であることを示唆している。