Modeling of neutrals for the analysis of the L-H/H-L transition effect on ITER operation scenario

ITER運転シナリオにおけるL-H/H-L遷移の影響の解析のための中性粒子モデル化

宮本 斉児; 林 伸彦; 大山 直幸; 竹永 秀信; 利光 晋一; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治

Miyamoto, Seiji; Hayashi, Nobuhiko; Oyama, Naoyuki; Takenaga, Hidenobu; Toshimitsu, Shinichi; Sugie, Tatsuo; Kusama, Yoshinori; Yoshino, Ryuji

ITERの運転において、高閉じ込めモード(Hモード)から通常の閉じ込めモード(Lモード)への遷移(H-L遷移)は制御系に対する大きな外乱であり、このときのプラズマの挙動をモデル化することは運転シナリオ構築の重要な課題である。特に、中性粒子を含めたプラズマ粒子密度の挙動を取り入れた解析が求められている。プラズマ電流立ち下げシナリオでは、制御性を確保するためHモードを保ち、内部インダクタンスの低いプラズマで途中まで電流を立ち下げる。その後プラズマをLモードに遷移させて放電を停止させるが、H-L遷移に伴って放出されるプラズマ粒子は中性化されて、プラズマに戻っていく。このとき真空排気能力が低いとプラズマの放射崩壊を引き起こす可能性があるため、燃料供給/排気系まで含めたシミュレーションが必要である。これまでの研究では、周辺プラズマ及びダイバーターの影響を考慮していなかったが、ダイバーター板表面でのプラズマイオンの中性化と周辺プラズマ中での中性粒子のイオン化は、プラズマ粒子密度の挙動に大きな影響を及ぼす。発表では、トカマクシミュレーションコード(TSC)へ周辺プラズマとダイバータープラズマのモデルを組込み、中性粒子密度,プラズマ密度の挙動に与える影響について調べた結果について述べる。

In the operation of ITER, transition from the high confinement (H) mode to the low confinement (L) mode (H-L transition) is serious disturbance to control system, and therefore it is an important issue in operation scenario development to model the plasma behavior during the transition. Especially, the analysis must include neutral particles in plasma behavior. In the ITER current ramp-down scenario, the plasma is kept in H-mode, and thereby in low internal inductance, to leave a control margin. Then the plasma goes to L-mode at the final stage of the discharge. When the plasma particles emitted at the H-L transition flow back to the plasma as neutrals, the discharge may lead to a radiation collapse if the pumping capacity is too low. It is therefore required to perform a simulation including a model of fueling and pumping system. We did not take into account the scrape-off-layer (SOL) and divertor models previously. However, these models influence the plasma particle behavior through neutralization of ions in front of the divertor target and re-ionization of neutrals in the SOL. In the presentation, we describe the implementation of the SOL and divertor models in the tokamak simulation code (TSC) and the effect on the plasma and neutral behavior.