Facilitated core-edge integration through divertor nitrogen seeding in the HL-2A tokamak

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ad5e96

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タイトル

著者

N. Wu, J. Cheng, K.Y. Yi, R. Wang, M.K. Han, Z.H. Huang, W.C. Wang, Y. He, L.W. Yan, H.L. Du, J.M. Gao, H.C. Ma, X.X. He, Z.C. Yang, J. Wen, K. Zhang, T. Wu, W.P. Guo, X. Yu, L. Liu, Y.G. Li, L. Nie, Z.B. Shi, D.Z. Wang, W.L. Zhong

装置

HL-2Aトカマク

研究分野

トカマク、ELM制御、放射性ダイバータ（radiative divertor）、窒素シーディング（nitrogen seeding）

出版年度

2024年

論文の概要

HL-2Aトカマクにおいて、ダイバータ窒素シーディングを通じて持続可能な高性能プラズマを達成し、閉じたダイバータ構造の効率的な粒子封じ込め効果によってダイバータ分離が促進された。放射性ダイバータは、高周波の小規模ELM操作を可能にし、プラズマの閉じ込めを維持しつつ、タービュランスの抑制に寄与する。

何が明らかになったのか

閉じたダイバータ構造が高いダイバータ中性圧を達成し、窒素シーディングがELMの振る舞いを変化させ、プラズマ閉じ込めの維持に貢献することが確認された。特に、分離中にイオン温度（Ti）と電子密度（ne）が増加し、放射によるエネルギー損失を補う役割を果たした。

その根拠を示す各図の説明とその理論

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図2 : 放射性ダイバータ操作中のプラズマ閉じ込め維持を示す。窒素シーディングによりELMの発生頻度が増加し、ダイバータ中性圧力が上昇した。

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図3 : ダイバータ分離の評価。分離が開始されると、熱流束と粒子流束が減少し、分離の進行を示している。

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図7 : SOLPSシミュレーションによる窒素シーディングの影響を示す。中性粒子密度と窒素イオン密度が増加し、ダイバータでの熱流束が減少。

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図10 : ELMの挙動に対する放射性ダイバータの影響。窒素放射強度が増加し、小ELMが発生する様子が確認された。

今後の展望

今後、ITERや他の核融合装置において、閉じたダイバータ構造と窒素シーディングの組み合わせがプラズマ閉じ込めの最適化に重要な役割を果たすと期待される。特に、放射性ダイバータと小規模ELMを組み合わせた運転が、トカマクの持続可能な高性能運転のために重要となる。

感想コーナー

恥ずかしながら窒素シーディングを初めて知ったmasaharu.icon