Discrepancy between modelled and measured radial electric fields in the scrape-off layer of divertor tokamaks; A Challenge for 2D fluid codes?

ダイバータトカマクのスクレイプオフ層における実験とモデリングでの径方向電場の違い; 2次元流体コード計算での試み

Chankin, A. V.*; Coster, D. P.*; 朝倉 伸幸; Bonnin, X.*; Conway, G. D.*; Corrigan, G.*; Erents, S. K.*; Fundamenski, W.*; Horacek, J.*; Kallenbach, A.*; Kaufmann, M.*; Konz, C.*; Lackner, K.*; Mller, H. W.*; Neuhauser, J.*; Pitts, R. A.*; Wischmeier, M.*

Chankin, A. V.*; Coster, D. P.*; Asakura, Nobuyuki; Bonnin, X.*; Conway, G. D.*; Corrigan, G.*; Erents, S. K.*; Fundamenski, W.*; Horacek, J.*; Kallenbach, A.*; Kaufmann, M.*; Konz, C.*; Lackner, K.*; Mller, H. W.*; Neuhauser, J.*; Pitts, R. A.*; Wischmeier, M.*

スクレイプオフ層における径方向電場はプラズマ・ドリフト運動を発生する要因である。また、プラズマ・ドリフト運動の速度は、トロイダルプラズマでは内外非対称となり、そのトロイダル効果を打ち消す方向に磁力線に沿った高速プラズマ流が発生する。実験において観測されている高速プラズマ流の発生機構を理解するため、ドリフト効果を導入したダイバータ流体コード(SOLPS及びEDGE2D)による計算を、JETやASDEX-Upgradeの実験で測定された大きな電場分布を考慮し初めて行った。その結果、プラズマ流速は従来のシミュレーション結果よりも3倍程度増加し、従来のシミュレーションでは定量的に再現できなかった実験結果をほぼ説明できる。ドリフト効果が、プラズマ周辺部において高速プラズマ流が発生する大きな要因の一つであることが明らかとなった。

Radial electric field in known to be one of the drivers for the parallel ion flow in the SOL. It contributes to the ion Pfirsch-Schluter flow and determines the return parallel flow compensating poloidal ExB drift. It was established recently that 2D fluid codes EDGE2D and SOLPS underestimate the predicted Er in the SOL compared to experimentally measured values. The present work demonstrates that this underestimate can be responsible for the large discrepancy between measured and simulated parallel ion flows in the SOL. Provided radial electric field was modelled correctly by the codes, an increase in the predicted Mach number of the parallel ion flow by up to a factor 3 for the JET could be expected. This would entirely eliminate the difference between the experimentally determined part of the ion flow that depends on the toroidal field direction, and the modelled ion flow attributed to drifts. Discrepancy between measured and simulated flows in ASDEX-Upgrade was also reduced.