Modellizzazione Monte Carlo del trasporto delle impurezze nei plasmi caotici di RFX-mod

In fusion plasmas, impurities can arise from plasma-facing components, external injections, or residual gases, and can strongly affect plasma performance through radiation losses and fuel dilution. Understanding impurity transport is therefore essential for magnetic-confinement fusion. In this thesis, impurity transport in RFX-mod plasmas is investigated through numerical simulations with the Hamiltonian guiding-center code ORBIT. Several impurity species and ionization states are considered, including collisions and a locally determined radial ambipolar electric field. Stationary radial impurity distributions are reconstructed and used, together with the outgoing particle fluxes, to estimate the effective diffusion coefficient and radial convective velocity. Their dependence on impurity mass and ionization state, background plasma density, and magnetic chaos is then analyzed. The results are qualitatively consistent with a picture in which stochastic magnetic transport provides the main transport channel, while collisions and the ambipolar electric field introduce significant corrections. In particular, the diffusion coefficient increases with magnetic chaos and shows charge-dependent deviations from the simplest collisionless scaling, while the effective radial velocity is qualitatively correlated with the ambipolar electric field.

Nei plasmi da fusione, le impurezze possono provenire dai componenti a contatto con il plasma, da iniezioni esterne o da gas residui, e possono influenzare fortemente le prestazioni del plasma attraverso perdite per radiazione e diluizione del combustibile. Comprendere il trasporto delle impurezze è quindi essenziale per la fusione a confinamento magnetico. In questa tesi, il trasporto delle impurezze nei plasmi di RFX-mod viene studiato tramite simulazioni numeriche con il codice hamiltoniano ORBIT. Vengono considerate diverse specie di impurezze e stati di ionizzazione, includendo le collisioni e un campo elettrico ambipolare radiale determinato localmente. Le distribuzioni radiali stazionarie delle impurezze vengono ricostruite e utilizzate, insieme ai flussi di particelle in uscita, per stimare il loro coefficiente di diffusione e la loro velocità convettiva radiale. Viene quindi analizzata la loro dipendenza dalla massa e dallo stato di ionizzazione delle impurezze, dalla densità del plasma di fondo e dal caos magnetico. I risultati sono qualitativamente coerenti con un quadro in cui il trasporto magnetico stocastico costituisce il canale di trasporto principale, mentre le collisioni e il campo elettrico ambipolare introducono correzioni significative. In particolare, il coefficiente di diffusione aumenta con il caos magnetico e mostra deviazioni dipendenti dalla carica rispetto all'andamento senza collisioni, mentre la velocità radiale efficace è qualitativamente correlata al campo elettrico ambipolare.