Numerical study of the role of higher order flows in neoclassical transport of high-Z impurities

高Z不純物の新古典輸送における高次流の役割に関するシミュレーション研究

Obrejan, K.; 井戸村 泰宏   ; 本多 充*

Obrejan, K.; Idomura, Yasuhiro; Honda, Mitsuru*

ダイバータやプラズマ対向機器に対するタングステンコーティングは重い高電荷(高Z)不純物による核融合プラズマの燃料純度低下につながる。このような高Z不純物の新古典および乱流輸送は完全に解明されていない。高Z不純物輸送を解析するために、多粒子種線形フォッカー・プランク演算子に基づく陰解法衝突ソルバによってジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを拡張した。標準的新古典理論において幅広く用いられている低次近似は低Z不純物によく一致するが、高Z不純物に対しては温度勾配の存在下で大きな違いが見られた。本研究では、高衝突度領域における摩擦係数をより高精度に再現するために高次流を考慮する修正新古典理論をテストし、GT5Dと良い一致を確認した。これにより、不純物輸送におけるバルクイオンの熱遮蔽効果が弱まるという重要な結論が得られた。

The use of tungsten to coat divertors or other plasma facing components, inevitably leads to the pollution of the fusion plasma by heavy and highly charged (high-Z) impurities. This kind of neoclassical and turbulent transport of high-Z impurities is not yet fully understood. To study high-Z impurity transport, the gyrokinetic full-f Eulerian simulation code GT5D was upgraded with an implicit collision solver based on a multi-species linear Fokker-Plank collision operator. The commonly employed low order approximation of the standard neoclassical theory showed good agreement for low-Z impurities, but large differences were observed for high-Z impurities in the presence of temperature gradients. We tested an improved form of the neoclassical transport theory, that takes into account higher order flows to more accurately recover the friction coefficients in a high collisionality regime, showing good agreement with GT5D. An important consequence of this improved method is the weakening of thermal screening effect of bulk ions on impurity transport.