search query: @keyword tungsten / total: 2
reference: 2 / 2
« previous | next »
| Author: | Järvinen, Aaro |
| Title: | Simulations of Tungsten Transport in the Edge of JET ELMy H-mode Plasmas |
| Volframin kulkeutumisen simulointia JETin ELMisen korkean koossapidon plasman reunalla | |
| Publication type: | Master's thesis |
| Publication year: | 2012 |
| Pages: | 69 Language: eng |
| Department/School: | Energiatekniikan laitos |
| Main subject: | Ydin- ja energiatekniikka (Tfy-56) |
| Supervisor: | Salomaa, Rainer |
| Instructor: | Groth, Mathias |
| Digitized copy: | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/100004 |
| OEVS: | Digitized archive copy is available in Aaltodoc
|
| Location: | P1 Ark Aalto 10 | Archive |
| Keywords: | EDGE2D EIRENE ELM ILW PSI Tungsten DIVIMP |
| Abstract (eng): | Tungsten plasma-facing components (PFCs) are foreseen in the divertor of ITER during the activated operational phase due to low fuel retention in the bulk material and the absence of co-deposition. While physical sputtering of deuterium is suppressed in semi-detached plasma conditions, tungsten sputtering by deuterium during edge localized modes (ELMs) and by plasma impurities may lead to significant tungsten erosion, high tungsten concentrations in the core plasma exceeding 10-5, strong radiation and, therefore, to reduction of plasma performance. Understanding the time-evolution of tungsten erosion and transport in LMy H-mode plasmas is, thus, essential for optimising tungsten impurity screening in tokamaks operating with tungsten PFCs. To address the issues related to tungsten sources and transport in ITER, an ITER-like wall has been installed in the JET tokamak with tungsten divertor PFCs and bulk beryllium main chamber limiters. In this study, tungsten contamination is simulated for one of the JET ITER-like wall reference plasmas of high triangularity. Tungsten erosion and transport are simulated with the quasi-kinetic Monte Carlo trace-ion code DIVIMP on background plasmas dynamically evolved in time with the 2-D multi-fluid code EDGE2D/EIRENE. The EDGE2D/EIRENE simulations are adjusted to match the pre-ELM outer midplane (OMP) Thomson scattering, target Langmuir probe and target infra-red camera measurements, as well as to reproduce within a factor of two the total ELM magnitude and the ratio of the convective ELM losses to the conductive ones. ELMs are simulated ad hoc by imposing short duration enhancements for the crossfield diffusion coefficients around the OMP. DIVIMP is executed on the obtained ELM background plasma solutions to model the time-evolution of tungsten erosion and core leakage. Tungsten erosion due to background deuterium and small percentages of light impurities, such as neon, nitrogen and beryllium, are taken into account. The ELM onset in EDGE2D/EIRENE is characterized by sheath-limited (ve * - 2) SOL plasma conditions with target temperatures of the order of a few 100 eV. The sheath-limited, high target temperature conditions lead to a significant increase of tungsten sputtering and divertor leakage. The target temperatures remain elevated during the first few 100 ?s of the ELM event. The target densities begin to increase roughly 1 millisecond after the ELM onset, which leads to high recycling target conditions and lowers the target temperatures rapidly to the range of a few 10 eV. Consequently, tungsten sputtering and divertor leakage are considerably suppressed. Accordingly, ELMs impose a strong temporal increase of the core tungsten contamination, which dominantly determines the amount of tungsten in the core. Therefore, the core tungsten contamination of ELMy H-mode plasmas becomes a balance process between the ELM induced core purging, and the ELM caused core contamination, thus being ultimately determined by the ELM characteristics. An estimated tungsten core concentration of 10-6 - 10-5 was obtained. Roughly 50% of the core contamination originated from sputtering due to deuterium impact during ELMs. Including selfsputtering leads to a short duration tungsten run-away process during the intra-ELM phase. Therefore, the self-sputtering presumably increases the core contamination above the values obtained in this study. |
| Abstract (fin): | ITER koereaktorin ydinfuusio-ohjelman aikana tullaan todennäköisesti käyttämään volframisia komponentteja diverttorin alueella, koska volframi kaappaa vain vähän polttoainetta eikä muodosta seinälle kertyviä yhdisteitä polttoaineen kanssa. Vaikka volframi kestää hyvin deuteriumin aiheuttamaa eroosiota, volframin eroosio plasman epäpuhtauksien ja reunamoodien (ELM) vaikutuksesta voi johtaa merkittävään komponenttien kulumiseen, korkeaan volframipitoisuuteen plasmassa, voimakkaaseen keskustan säteilyyn ja plasman tehon heikkenemiseen. ITER koereaktorin ensiseinän materiaalien aiheuttamien kysymysten takia, JET-tokamakin ensiseinä on vaihdettu ITER-tyyppiseksi, joka koostuu beryllium rajoittimista ja volframista valmistetuista diverttorilevyistä. Tässä työssä tutkitaan plasman keskustan volframisaastumista yhdessä JET-tokamakin ITER-tyyppisen ensiseinän referenssiplasmassa. Volframin eroosiota ja kulkeutumista mallinnetaan kvasi-kineettisellä Monte-Carlo ohjelmalla DIVIMP käyttäen taustaplasmoja, joiden dynaaminen aikakehitys on laskettu 2-D fluidiohjelmalla EDGE2D/EIRENE. EDGE2D/EIRENEsimulaatiot on säädetty vastaamaan ELMien välisiä mittauksia ulkokeskilinjan Thomsonin sironta, sekä diverttorilevyjen Langmuir sondi ja infrapuna kamera diagnostiikoilla. Lisäksi ELMin suuruus, sekä ELMin virtaavan ja johtuvan osuuden suhde on asetettu vastaamaan mittaustuloksia tekijän 2 virhemarginaalilla. ELMejä mallinnetaan tässä työssä ad hoc -menetelmällä kasvattamalla lyhyeksi ajaksi plasman kentän poikkisuuntaista diffuusiota ulkoisen keskilinjan ympäristössä. Saatuja ELM ratkaisuja käytetään DIVIMP simulaatioissa, joissa mallinnetaan volframin eroosion ja keskustaan vuotamisen aikariippuvuutta. Volframin eroosiota laskettaessa on otettu huomioon deuteriumin, sekä kevyiden plasman epäpuhtauksien vaikutus. ELM johtaa EDGE2D/EIRENE-simulaatioissa kalvorajoitettuun plasmaan, jossa diverttorilevyjen plasmalämpötilat ovat muutaman 100 eV:n luokkaa. Kalvorajoitettu korkean levylämpötilan plasma johtaa merkittävään volframin eroosioon ja keskustaan kulkeutumiseen. Levylämpötilat pysyvät suurina ensimmäisten muutaman 100 ?s aikana ELMin jälkeen. Plasman tiheys diverttorilevyjen edessä alkaa nousta noin 1 millisekunnin jälkeen, mikä johtaa korkean neutraalikierrätyksen plasmaan laskien lämpötilan diverttorilevyjen edessä nopeasti muutamaan 10 eV:in. Korkean neutraalikierrätyksen alkaessa, volframin eroosio ja keskustaan kulkeutuminen heikkenevät voimakkaasti. ELMit johtavat siis voimakkaaseen hetkelliseen plasman saastumiseen, joka määrää suurelta osin plasman keskimääräisen volframikonsentraation. Plasman volframisaastuminen osoittautuu siis tasapainoprosessiksi, jossa ELMien aiheuttama keskustan saastuminen ja puhdistuminen kilpailevat keskenään. Volframisaastuminen ELMisessä H-moodi plasmassa määräytyy siis suurelta osin ELMien ominaisuuksien perusteella. Tässä työssä volframikonsentraatiolle saatiin arvio 10-6 - 10-5. Noin 50 % keskustaplasman volframisaastumisesta johtui deuteriumin ELMin aikana aiheuttamasta eroosiosta. Itseräiskymisen huomioonottaminen johtaa voimakkaaseen volframin eroosion kasvamiseen ELMin aikana. Täten itseräiskyminen johtanee saatuja arvioita suurempaan volframikonsentraatioon. |
| ED: | 2012-06-06 |
INSSI record number: 44674
+ add basket
« previous | next »
INSSI