Simulation study of density dynamics effect on the ELM behavior with TOPICS-IB
Journal of Physics: Conference Series 123 (2008) 012025 doi:10.1088/1742-6596/123/1/012025
Abstract:
利用基于1.5维的TOPICS-IB代码，研究了密度动力学(Density dynamics effect)对ELM行为的影响。其实就是密度对ELM的影响。 TOPICS-IB代码是关于PBM、SOL输运以及偏滤器等离子体的代码，核心中性模型以及SOL-divertor区域被整合在TOPICS-IB代码中。 通过改变密度和温度而不是像之前的实验那样人为地增强碰撞性，从而证实了实验观察到的ELM能量损失的碰撞性依赖性是由自举电流和SOL输运引起的。此外，离子对流损失和电荷交换损失通过均分效应增强了碰撞性的依赖性。另一方面，如实验中所示，由于在ELM之前的密度分布，以及在ELM期间的SOL密度的增加，我们发现ELM粒子的损失几乎与碰撞性无关。
Introduction：
分析表明ELM能量损失伴随着碰撞率的降低，同时，ELM能量损失的碰撞性依赖性主要由电子温度剖面在ELM crash过程中的崩塌造成，而离子温度崩塌与密度剖面影响不大，相反地，ELM粒子损失与碰撞率几乎无关。 一个整合了1.5维的核心输运代码JETTO以及2维偏滤器代码EDGE2D的代码：COCONUT，被用来研究ELM动力学。而TOPICS-IB已经成功地模拟了一系列H模等离子体的瞬态行为、台基区增长、台基区ELM的崩塌与恢复。
Integrated simulation results：
模拟采用类似JT-60U的参数： $R=3.4m, a=0.9m, \kappa=1.5, \delta=0.26, I_p=1.5MA, B_t=3.5T, q_{95}=4.3-4.6, \beta_N=0.7-1.1$
这幅图分别展示了电子密度剖面与温度剖面随时间的演化的三个阶段：(a)(b)是ELM崩塌前，(c)(d)是ELM崩塌中，(e)(f)是ELM崩塌结束。台基区顶部位于$\rho \sim 0.925$，底部位于$\rho \sim 0.975$，台基宽度$\Delta_{ped}=0.05$
- 伴随着台基区的增长，台基区的密度与温度也在增长；
- 之后，高n模(10,11)变得不稳定并在t=0.2s出现ELM，台基顶部$n_e$降低30%，电子温度降低40%，与实验观测相符：
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Pedestal density and temperature variations by gas puffing:
(a)电子密度(b)电子温度(c)总压强，分四种不同的注杂，在ELM出现时，
- 充气注杂增加了台基区电子密度，降低了台基区电子温度,因此台基区等离子体的归一化电子碰撞率变大。
- 充气注杂降低了电子密度的台基区宽度，通过增加分界面附近的粒子源，而电子温度和总压强的台基区宽度几乎没变。
- 在ELM开始时，除case A外，台基区压强随密度的增加而降低。