Total flux expansion, a divertor magnetic topology design choice embodied in the Super-X divertor, is predicted through simple analytic models and SOLPS calculations to reduce the plasma and impurity density detachment thresholds as the outer divertor separatrix leg position and the strike-point major radius, Rt, are increased. However, those predictions are contradicted by recent TCV experimental results. In this study, utilizing the SOLPS-ITER code, we are able to both match TCV results and demonstrate that the effect of total flux expansion is counteracted by two other divertor geometry design characteristics that affect neutrals: (a) the strike-point angle to the outer target; and (b) the effect of physical baffles that reduce the amount of neutrals escaping from the divertor. We quantify the role of those neutral effects through developing and applying a quantitative definition of neutral trapping. The results of this study indicate that improved divertor design, properly utilizing the three design characteristics discussed should lead all effects to be additive in reducing the detachment threshold. A second implication of this study is that any assessment of alternative topologies must separate out the effects of magnetic topology from neutral design characteristics.
全フラックス拡大は、Super-Xダイバータに具現化されたダイバータ磁気トポロジーの設計選択であり、単純な解析モデルとSOLPS計算により、外側ダイバータセパラトリックス脚部の位置とストライク点主半径Rtが増加するにつれて、プラズマ密度および不純物密度のデタッチメント閾値が低下すると予測されている。しかしながら、それらの予測は最近のTCV実験結果によって矛盾している。本研究では、SOLPS-ITERコードを利用することにより、TCVの結果を再現するとともに、全フラックス拡大の効果が、中性粒子に影響を与える他の2つのダイバータ幾何学的設計特性、すなわち(a)外側ターゲットに対するストライク点角度、および(b)ダイバータから逃散する中性粒子の量を低減する物理バッフルの効果によって相殺されることを実証する。我々は、中性粒子閉じ込めの定量的定義を開発し適用することにより、これらの中性粒子効果の役割を定量化する。本研究の結果は、適切にこれら3つの設計特性を利用したダイバータ設計の改善が、デタッチメント閾値の低減においてすべての効果を相加的に作用させるべきであることを示している。本研究の第二の含意は、代替トポロジーのいかなる評価も、磁気トポロジーの効果と中性粒子設計特性の効果を分離しなければならないということである。