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Influence of CX-reactions on the radiation in the pedestal region at ASDEX Upgrade
Nuclear Fusion ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-10-30 , DOI: 10.1088/1741-4326/abb748
R. Dux 1 , M. Cavedon 1 , A. Kallenbach 1 , R.M. McDermott 1 , G. Vogel 1 , the ASDEX Upgrade team 1
Affiliation  

The radial density profiles of Ne10 +  and Ne8 +  have been measured with charge exchange recombination spectroscopy in an H-mode discharge in ASDEX Upgrade. When trying to fit the data with an impurity transport code that only takes electronic ionisation and recombination into account, the density of Ne8 +  is too low by more than an order of magnitude indicating that an additional recombination mechanism must be at work. We ascribe the missing recombination channel to charge exchange (CX) reactions between neutral deuterium and the impurity ions, which has long been known to be a very efficient recombination reaction. Including the CX-reactions yields a good fit of the ionisation balance and delivers the neutral density profile in the pedestal, which is not known from other diagnostics. Here, the CX-reactions lead to a change of the ionisation balance on the whole flux surface and the measurement delivers a flux surface averaged neutral density with the exception of the region very close to the X-point. Furthermore, it leads to an increase of the pedestal radiation of neon since the partially ionised stages can emit line radiation. This amounts to an increase of the radiated power of neon inside of the separatrix by a factor of 5. A similar analysis was done for argon in an H-mode discharge dominated by Ar radiation. Only the CX-recombination in the pedestal can explain the radiated power inside the separatrix, which would be too low by a factor of 2.2 without CX. In addition, the radiances of VUV lines from many charge stages are much better fitted when including the CX-recombination. A simple projection of the impact of CX-recombination to the much hotter ITER pedestals shows that for elements up to Kr, a beneficial increase of edge radiated power per core radiated power and of radiated power per central dilution is obtained, while for Xe and especially for W the effect is weak.



中文翻译:

CX 反应对 ASDEX 升级时基座区域辐射的影响

Ne 10 + 和 Ne 8 + 的径向密度分布已在 ASDEX 升级中的 H 模式放电中用电荷交换复合光谱法测量。当试图用只考虑电子电离和重组的杂质传输代码拟合数据时,Ne 8 + 的密度太低了一个数量级以上,表明必须有一个额外的重组机制在起作用。我们将缺失的重组通道归因于中性氘和杂质离子之间的电荷交换 (CX) 反应,长期以来人们一直认为这是一种非常有效的重组反应。包括 CX 反应可以很好地拟合电离平衡,并在基座中提供中性密度分布,这在其他诊断中是未知的。在这里,CX 反应导致整个通量表面上的电离平衡发生变化,并且测量提供通量表面平均中性密度,但非常接近 X 点的区域除外。此外,由于部分电离的阶段可以发射线辐射,因此会导致氖的基座辐射增加。这相当于将分界线内氖的辐射功率增加了 5 倍。对以 Ar 辐射为主的 H 模式放电中的氩进行了类似的分析。只有基座中的 CX 复合才能解释分界线内的辐射功率,如果没有 CX,这将太低 2.2 倍。此外,当包括 CX 复合时,来自许多充电阶段的 VUV 线的辐射度会更好地拟合。CX 复合对温度更高的 ITER 基座的影响的简单预测表明,对于高达 Kr 的元素,可以获得每核心辐射功率的边缘辐射功率和每中心稀释的辐射功率的有益增加,而对于氙,尤其是对于 W,效果较弱。在以 Ar 辐射为主的 H 模式放电中对氩进行了类似的分析。只有基座中的 CX 复合才能解释分界线内的辐射功率,如果没有 CX,这将太低 2.2 倍。此外,当包括 CX 复合时,来自许多充电阶段的 VUV 线的辐射度会更好地拟合。CX 复合对温度更高的 ITER 基座的影响的简单预测表明,对于高达 Kr 的元素,可以获得每核心辐射功率的边缘辐射功率和每中心稀释的辐射功率的有益增加,而对于氙,尤其是对于 W,效果较弱。在以 Ar 辐射为主的 H 模式放电中对氩进行了类似的分析。只有基座中的 CX 复合才能解释分界线内的辐射功率,如果没有 CX,这将太低 2.2 倍。此外,当包括 CX 复合时,来自许多充电阶段的 VUV 线的辐射度会更好地拟合。CX 复合对温度更高的 ITER 基座的影响的简单预测表明,对于高达 Kr 的元素,可以获得每核心辐射功率的边缘辐射功率和每中心稀释的辐射功率的有益增加,而对于氙,尤其是对于 W,效果较弱。如果没有 CX,这将太低 2.2 倍。此外,当包括 CX 复合时,来自许多充电阶段的 VUV 线的辐射度会更好地拟合。CX 复合对温度更高的 ITER 基座的影响的简单预测表明,对于高达 Kr 的元素,可以获得每核心辐射功率的边缘辐射功率和每中心稀释的辐射功率的有益增加,而对于氙,尤其是对于 W,效果较弱。如果没有 CX,这将太低 2.2 倍。此外,当包括 CX 复合时,来自许多充电阶段的 VUV 线的辐射度会更好地拟合。CX 复合对温度更高的 ITER 基座的影响的简单预测表明,对于高达 Kr 的元素,可以获得每核心辐射功率的边缘辐射功率和每中心稀释的辐射功率的有益增加,而对于氙,尤其是对于 W,效果较弱。

更新日期:2020-10-30
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