A collisional-radiative non-equilibrium impurity treatment for JOREK 3D nonlinear magneto-hydrodynamic (MHD) simulations has been developed. The impurities are represented by marker-particles flowing along the fluid velocity field lines, while ionizing and recombining independently according to ADAS data and local fluid density and temperature. The non-equilibrium impurity contributions are then projected back to the fluid field for self-consistent time evolution. A 2D test case is used to compare the new non-equilibrium impurity model against previous coronal equilibrium (CE) impurity treatment, as well as to compare the non-equilibrium impurity behavior between the single and the two temperature model. Further, we conduct benchmark with previously published coronal non-equilibrium results by other 3D nonlinear MHD codes such as M3D-C1 and NIMROD. The new non-equilibrium treatment is shown to successfully capture the early phase cooling by weakly ionized impurities which the CE model missed. The benchmarks with M3D-C1 and NIMROD show general agreement in both the integrated quantities and the 2D profile evolution, despite the difference in the atomic model used. The above comparison and benchmark cases demonstrate the capability of the non-equilibrium impurity model for JOREK, paving the way for more sophisticated 3D non-linear massive material injection simulations which have important applications in disruption mitigation studies.
JOREK 3次元非線形磁気流体（MHD）シミュレーションのための衝突・放射非平衡不純物モデルを開発した。不純物はマーカー粒子によって表現され、流体速度場に沿って流れながら、ADASデータと局所的な流体密度・温度に基づいて独立に電離・再結合する。非平衡不純物の寄与は流体場に投影され、自己無撞着な時間発展が行われる。2次元テストケースを用いて、新しい非平衡不純物モデルを従来のコロナ平衡（CE）不純物処理と比較し、さらに単一温度モデルと二温度モデルにおける非平衡不純物挙動の比較を行った。さらに、M3D-C1やNIMRODなどの他の3次元非線形MHDコードによる既発表のコロナ非平衡結果とのベンチマークを実施した。新しい非平衡処理は、CEモデルでは捉えられなかった弱電離不純物による初期位相の冷却を正しく再現することが示された。M3D-C1およびNIMRODとのベンチマークでは、原子モデルの違いにもかかわらず、積分量と2次元プロファイルの時間発展の両方において概ね一致が見られた。上記の比較およびベンチマーク事例は、JOREKにおける非平衡不純物モデルの能力を実証しており、ディスラプション緩和研究において重要な応用を持つ、より高度な3次元非線形大質量入射シミュレーションへの道を開くものである。