Simulation of dynamics of carbon dust particles in the JT-60U tokamak

JT-60Uトカマクにおける炭素ダスト粒子のダイナミックスのシミュレーション

田中 康規*; Smirnov, R. D.*; Pigarov, A. Y.*; 竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 上杉 喜彦*; 大野 哲靖*

Tanaka, Yasunori*; Smirnov, R. D.*; Pigarov, A. Y.*; Takenaga, Hidenobu; Asakura, Nobuyuki; Uesugi, Yoshihiko*; Ono, Noriyasu*

トカマク型核融合プラズマ装置の炭素材ダイバータ部には、高エネルギー密度流束が照射されるため、ダイバータ面からカーボンダストが発生する。このカーボンダストの発生は、ダイバータ板・第一壁の損耗,燃料トリチウムの取り込み・放射化,炉心プラズマ中への不純物混入等多くの問題に関与する課題である。このため、このダスト輸送を詳細に把握し制御することが重要である。本報では、ダスト輸送コードDUSTTを改良し、JT-60Uの背景プラズマに対して適用できるようにした。背景プラズマのパラメータはUEDGEコードを用いて計算し、この背景プラズマ中でのダスト粒子の3次元挙動を計算した。本計算においては、ダスト粒子の質量保存,エネルギー保存式も同時に解き、ダスト粒子の半径変化,温度変化も計算している。その結果、ダスト粒子の寿命はその軌道の最終段階でのイオン密度に依存することがわかった。

Dust can be an important contributor to impurity contamination of the core and scrape-off-layer (SOL) plasmas in tokamak fusion devices. This is the first report about investigation of transport of carbon dust particles in case of JT-60U tokamak using the dust transport code (DUSTT). The DUSTT code takes into account various plasma-dust interaction processes. In the present report, background plasma parameters in JT-60U such as densities and temperatures of electron, ion and neutral atom were computed with the UEDGE code. Three dimensional trajectories, temperature evolution, and radius variation of dust particles launched from different positions at the inner divertor, the outer divertor and the dome structure in JT-60U tokamak were simulated numerically to study dynamics and transport of dust particles there. As a result, the lifetime of dust particles is dependent mainly on the ion density in trajectories in final term.