Two-dimensional full particle simulation of the flow patterns in the scrape-off-layer plasma for upper- and lower-null point divertor configurations in tokamaks

トカマクの上又は下ヌル点ダイバータ配位におけるスクレイプオフ層プラズマ中の流れ模様の2次元完全粒子シミュレーション

滝塚 知典; 清水 勝宏; 林 伸彦; 細川 哲成*; 矢木 雅敏*

Takizuka, Tomonori; Shimizu, Katsuhiro; Hayashi, Nobuhiko; Hosokawa, Masanari*; Yagi, Masatoshi*

磁場閉込め核融合炉においてスクレイプオフ層(SOL)中のプラズマ流は粒子制御に重要な役割を持つ。この流れの構造について、完全粒子コードPARASOLを用いてシミュレーションを行った。ヌル点がイオン磁場勾配ドリフトの逆向きの上方にあるダイバータ配位のとき、中間アスペクト比トカマクでは流れは内外の両ダイバータ板に向かい淀み点は対称的な底位置にある。一方ヌル点がイオン磁場勾配ドリフトと同方向の下方にあるときは、外側SOLで逆流様になる。淀み点は外側SOL中央より下に移動する。これらのシミュレーション結果は実験結果とよく一致している。アスペクト比を変化させるとともに、人工的に電場をなくしたシミュレーションも行った。流れ構造の形成に対し、自己無撞着電場に加え、捕捉イオンのバナナ運動が重要であることがわかった。アスペクト比が5より小さい標準トカマクでは、この捕捉イオン効果が電場効果より強くなる。

Plasma flow in the SOL plays an important role for the particle control in magnetic fusion reactors. To study SOL flow patterns, we perform simulations with a full particle code, PARASOL. For upper-null divertor configuration with ion drift away from the null point, the flow is directed to inner and outer plates. The stagnation point is located symmetrically at the bottom. On the other hand for lower-null case with ion drift toward the null point, the flow in outer SOL region has a backward flow pattern. The stagnation point moves below the mid-plane of outer SOL. These simulation results are very similar to experiment. Simulations are carried out by changing the aspect ratio and by artificially cutting the electric field. It is found that the banana motion of trapped ions is important for the formation of flow pattern in addition to the self-consistent electric field. Trapped-ion effects can be stronger than electric-field effects for standard tokamaks with 5.