This paper investigates the role of ionization on the pedestal structure using both measurements and modeling for H-mode plasmas on DIII-D and Alcator C-Mod to enhance our ability to predict pedestal behavior in future pilot plants. The impact of the neutral penetration depth on the pedestal density is investigated using dimensionally matching hydrogen and deuterium DIII-D H-mode discharges at low and high electron density. The DIII-D Lyman-α diagnostic measurements show that hydrogen neutrals penetrate deeper inside the plasma on both the high field and low field side, while the pedestal electron density structure is similar for both isotopes. However, as the opaqueness increases we observe that the pedestal density gradient becomes stiff, similar to prior observations on DIII-D and C-Mod (Mordijck 2020 Nuclear Fusion60 082006). In addition, these results also confirm prior measured and modeled poloidal asymmetries in neutral densities, indicating that to make transport predictions, 2D neutral modeling is necessary. The first direct validation of SOLPS-ITER for the measured brightness, emissivity and neutral densities for three different confinement regimes on C-Mod is introduced. The SOLPS-ITER model shows good agreement, within the constrains of the model for all regimes. In addition, a comparison of SOLPS-ITER modeling for DIII-D and C-Mod shows that as opaqueness increases, the role of divertor fueling and thus poloidal asymmetries in the neutral density profiles decreases. Based on these experimental and modeling results we estimate the size of a potential particle pinch using typical values for the diffusion coefficient for both DIII-D and C-Mod H-mode discharges.
本論文は、将来のパイロットプラントにおけるペデスタル挙動を予測する能力を高めるために、DIII-DおよびAlcator C-ModにおけるHモードプラズマに対して、測定とモデリングの両方を用いて、電離がペデスタル構造に及ぼす役割を調査するものである。中性粒子侵入深さがペデスタル密度に与える影響は、低および高電子密度における次元的に整合した水素および重水素のDIII-D Hモード放電を用いて調査される。DIII-DのLyman-α診断測定は、水素中性粒子が高磁場側と低磁場側の両方でプラズマ内部へより深く侵入することを示すが、ペデスタル電子密度構造は両同位体で類似している。しかしながら、不透明度が増加するにつれて、ペデスタル密度勾配が硬くなる（スティッフになる）ことが観察され、これはDIII-DおよびC-Modでの以前の観測（Mordijck 2020 Nuclear Fusion60 082006）と類似している。さらに、これらの結果は、中性粒子密度における以前に測定およびモデル化されたポロイダル非対称性も確認し、輸送予測を行うためには2次元中性粒子モデリングが必要であることを示している。C-Modにおける3つの異なる閉じ込め状態について、測定された輝度、放射率、および中性粒子密度に対するSOLPS-ITERの最初の直接検証が紹介される。SOLPS-ITERモデルは、全ての状態においてモデルの制約内で良い一致を示す。さらに、DIII-DおよびC-Modに対するSOLPS-ITERモデリングの比較は、不透明度が増加するにつれて、ダイバータ燃料供給の役割、したがって中性粒子密度分布におけるポロイダル非対称性が減少することを示す。これらの実験およびモデリング結果に基づき、我々はDIII-DおよびC-ModのHモード放電の両方について、拡散係数の典型的な値を用いて、潜在的な粒子ピンチの大きさを推定する。