Inward pinch of high-Z impurity due to atomic processes in a rotating tokamak plasma and the effect of radial electric field

トロイダル回転トカマクプラズマにおける原子過程に起因する内向きピンチとそれに対する径電場の効果

星野 一生; 藤間 光徳*; 清水 勝宏; 仲野 友英; 畑山 明聖*; 滝塚 知典

Hoshino, Kazuo; Toma, Mitsunori*; Shimizu, Katsuhiro; Nakano, Tomohide; Hatayama, Akiyoshi*; Takizuka, Tomonori

トロイダル回転トカマクプラズマにおける高Z不純物輸送について解析的・数値的に調べた。トロイダル回転プラズマ中では、粒子軌道に沿った電離・再結合過程に起因して内向きピンチが回転の方向によらず起こることを示した。このピンチ機構は径電場により大きくなる。さらに、背景プラズマとのクーロン衝突を通して、外向き径電場の場合外向きピンチが、内向き径電場の場合内向きピンチがそれぞれ起こることを導いた。プラズマ電流に対して逆方向にトロイダル回転している場合、これらのピンチの向きは内向きであるため、高Z不純物の蓄積が起こる。一方、正回転の場合、外向き径電場に起因する外向きピンチは、電離・再結合過程に起因する内向きピンチにより緩和される。このような傾向は、JT-60Uで観測されたトロイダル回転に対するタングステン不純物の蓄積傾向と一致する。

The transport of high-Z impurity in a toroidally rotating tokamak plasma is investigated analytically and numerically. It is shown that the inward pinch is driven by the atomic processes in co- and ctr- rotating plasmas. This inward pinch is enhanced by the radial electric field. It is derived that the negative and positive radial electric fields cause the inward pinch and the outward movement (unpinch) of the high-Z impurity, respectively, under the influence of Coulomb collisions with the rotating background plasma. In the ctr-rotation case, the inward pinch becomes significant with increasing toroidal rotation velocity, because the directions of the both pinches are inward. On the other hand, in the co-rotation case, these pinches have opposite directions. Therefore, the unpinch due to the positive radial electric field is decreased by the inward pinch due to the atomic processes. These tendencies are consistent with the tungsten accumulation observed in the JT-60U.