To study the ion transport in the edge of a diverted tokamak plasma, an X-point Guiding Center (XGC) code is developed, which is a discrete plasma particle simulation code of ions in a diverted edge with kinetic neutral particles. A self-consistent electric field is evaluated and conserving Monte-Carlo collisions are used. calculated simultaneously. Using the XGC code the property of a velocity space hole due to vanishingly small poloidal magnetic field in the vicinity of a divertor X-point is studied in a single null geometry. The velocity space hole occupies a significant portion of the main ion velocity space in the absence of an electric field, but a radial electric field shifts the velocity hole to a higher energy and suppresses the loss, especially on the midplane.On the outside midplane, it is found that there is virtually no v-space hole with a reasonable radial electric field. A forward ∇B drift case is compared with a backward ∇B drift case, only to find that there is little difference in the loss hole size in the velocity space. However, the forward ∇B plasma occupies a much larger loss volume in real space due to flux expansion near the X-point. The steep neoclassical pedestal formation in a quiescent tokamak is also investigated. It is shown that the width of the steepest neoclassical pedestals is similar to an experimentally observed H-mode edge pedestal width. It is also shown that a steep neoclassical pedestal can form from an L-mode profile at a quiescent diverted edge by with the neutral ionization. The suppression of the steep pedestal and the strong radial E-field by a simply modeled turbulence is observed. The effect of fueling location on the toroidal flow is investigated. The simulation result is that the neutral fueling from the high field side location gives more toroidal rotation than that from the low field side, which agrees with the experimental observation that the high field side fueling allowed an easier H-mode access. For a more exact accurate study of the ion turbulence transport in a diverted tokamak plasma, an electrostatic edge gyrokinetic simulation code is under development at the present time and the results will be reported in the near future.
다이버터 토카막 플라즈마에서 이온 입자의 수송현상을 연구하기 위해 중성입자충돌이 고려된 플라즈마 가장자리의 이온 입자 전산 모사 코드, XGC (X-point Guiding Center) 코드를 개발하였다. 이온 입자의 운동으로부터 구해지는 전기장과 이온의 운동량과 에너지를 보전하는 쿨롱 충돌 오퍼레이터를 사용하였다. XGC를 사용하여 X-point 에서 폴로이달 자기장이 매우 작아지기 때문에 생기는 속도 공간의 구멍의 성질을 연구하였다. 전기장이 없을 경우엔 이 속도 공간 구멍이 상당한 정도의 비율을 차지하고, 래디알 전기장이 가해지면 이 속도 공간 구멍의 최소 에너지가 높아지면서 그 비율이 크게 줄어들게 된다. 특히 midplane에서 그러한 현상이 심하게 나타나서 이곳에서의 이온의 구멍으로의 손실은 거의 사라지게 된다. ∇B drift의 방향에 따른 속도 공간 구멍의 변화도 조사하였다. ∇B drift의 방향이 다이버터 방향을 향할 때와 반대 방향을 향할 때를 비교해 보면, 이온이 다이버터로 빠져 나가는 시간은 크게 차이 나지 않음을 알게 되었다. 하지만 이온이 빠져 나갈 수 있는 공간을 비교해 보면 X-point 주변의 플럭스면의 확장 때문에 ∇B drift가 다이버터 방향을 향하는 경우에 이온이 더 많이 빠져 나감을 알 수 있다. 난류현상이 없는 토카막에서 신고전적인 급격한 계단 모양의 이온 프로파일이 형성되는 것을 연구하였다. XGC 코드를 사용하여 구한 계단 모양 프로파일의 폭이 H-모드 실험에서 관찰된 폭과 비슷하다는 것을 확인하였고, 난류가 없는 경우에 완만한 프로파일 안으로 침투해 들어간 중성입자의 이온화 충돌에 의해서 계단 모양으로 의 프로파일이 급격해 지는 것도 관찰하였다. 또한 단순한 난류 모델을 사용하여 난류 확산에 의해 계단 모양의 프로파일의 경사와 그와 함께 형성되는 래디알 전기장이 누그러지는 것을 확인하였다. 중성 입자를 넣어 주는 위치에 따라 토로이달 방향의 속도가 변화 하는 것도 연구 하였다. XGC 코드 결과에 의하면 자기장이 강한 토카막 안쪽에서 중성입자를 넣어 주는 것이 바깥쪽보다 더 큰 토로이달 속도를 주는 것을 확인하였고, 이것은 기존 실험에서의 결과와 일치한다. 지금까지 XGC 코드의 전산 모사는 토카막 플라즈마에 난류가 없다고 가정하거나 간단한 난류 모델만을 사용하였다. 토카막 플라즈마의 가장자리에서 난류에 의한 수송 현상을 이해하기 위해서는 Gyro-Center의 운동과 Gyrokinetic 푸아송 방정식을 풀어주는 Gyrokinetic 코드가 필요하고, 현재 이러한 코드를 개발 중에 있다.
