A New fast velocity-diffusion modelling for impurity transport in integrated edge plasma simulation

統合ダイバータシミュレーションの不純物輸送における新高速拡散モデル

清水 勝宏; 滝塚 知典; 川島 寿人

Shimizu, Katsuhiro; Takizuka, Tomonori; Kawashima, Hisato

ダイバータでの強い放射損失と、高い閉じ込め性能を持った主プラズマとが両立するには、不純物をダイバータ領域に留めておく制御方法を確立する必要がある。われわれは、シミュレーションコードIMPMCを用いて、不純物の挙動を調べている。速度空間における散乱過程をモンテカルロ法で模擬するとき、これまでのモンテカルロ法では時間ステップ幅が減速時間に強く制限される欠点があった。そのため非接触プラズマでは計算効率が著しく悪くなった。われわれは、この拡散過程に対して、Langevinの解析解を用いる新しい拡散モデルを開発した。これによって、プラズマと不純物の輸送を自己無撞着に解くモデル開発の見通しを得た。この統合コード(SONIC)により、MARFEにおける不純物輸送を明らかにすることを目的として、JT-60UでのX点MARFEのシミュレーション解析を行った。プライベイト領域から化学スパッタリングで発生したメタンが、X点まで深く侵入した結果、X点近傍の強い放射損失をもたらすことを明らかにした。

For compatibility of high confinement core plasma with strong radiative divertor, it is necessary to establish the control method for impurity retention in the divertor region. We have been studying the impurity behavior in divertor plasmas with a simulation code, IMPMC. A conventional Monte-Carlo algorithm for scattering process in velocity space has a disadvantage that the impurity ions must be traced with a time step shorter than the slowing down time. The IMPMC code demands huge computational time in case of detached plasma. We have developed a new diffusion model using the analytical solution of Langevin equations. By the new diffusion model, we got a prospect of the self-consistent modeling of divertor plasmas and impurity transport, i.e. combining the SOLDOR/NEUT2D and the IMPMC Code. The unified code named SONIC clarifies the impurity transport in the MARFE plasma in consideration of kinetic effects. We carried out the simulation analysis for the JT-60U plasma at first with the IMPMC code. It was found that the radiation near the X-point during MARFE is caused dominantly by deeply penetrating carbons, which are dissociated from the methane (CH) chemically sputtered from the private region.