An integrated model for the ionization, radiation, and advection of impurities in the extended-magnetohydrodynamic code M3D-C1 is described. This implementation makes use of the KPRAD model, which calculates bremsstrahlung radiation and impurity ionization, recombination, and radiation rates using a model in which the density of each charge state is advanced separately. The integrated model presented here allows the independent evolution of electron and ion temperatures, which is necessary to accurately model cases where the electron temperature drops more quickly than the electron–ion thermal equilibration time. This model is used to simulate the disruption of a model NSTX discharge caused by the introduction of argon impurities, using physically realistic resistivity. Despite well-mixed impurities, contraction of the current channel is found to lead to magnetohydrodynamic instabilities that result in stochastization of the magnetic field, a fast thermal quench, and localized parallel electric fields that can exceed the axisymmetric values by a factor of five for brief periods.
拡張磁気流体力学コードM3D-C1における、電離、放射、および不純物の移流の統合モデルについて説明する。この実装はKPRADモデルを利用しており、各電荷状態の密度を個別に進化させるモデルを用いて、制動放射、不純物の電離・再結合・放射率を計算する。ここで提示する統合モデルは、電子温度とイオン温度の独立した進化を可能にし、電子温度が電子-イオン熱平衡時間よりも速く低下する場合を正確にモデル化するために必要である。このモデルを用いて、アルゴン不純物の導入によって引き起こされるモデルNSTD放電のディスラプションを、物理的に現実的な抵抗率を用いてシミュレーションする。不純物が十分に混合されているにもかかわらず、電流チャネルの収縮が磁気流体力学的不安定性を引き起こし、その結果、磁場の確率化、高速の熱クエンチ、および軸対称値を短時間で5倍超える局所的な平行電場が生じることが見出された。