During normal and disruptive operations in tokamak devices the escaped core plasma particles are a potential threat to the divertor and nearby component lifetime as well as plasma contamination. Comprehensive enhanced physical and numerical models are developed and implemented in the upgraded High Energy Interaction with General Heterogeneous Target Systems (HEIGHTS) package to accurately predict the impact of the escaped particles on plasma-facing and nearby components. An ab initio Monte Carlo-based kinetic model of the escaping core particles is developed for integration with the magnetohydrodynamic (MHD) models of the initiated edge plasma where the escaping particles are used as an input volume source. The paper describes details of the 3D Monte Carlo kinetic model, validation and benchmarking and simulation results for both National Spherical Torus Experiment and ITER devices using actual reactor design and magnetic configurations. The simulation results are being implemented self-consistently with various HEIGHTS models that include surface erosion, divertor plasma generation, plasma MHD evolution, heat conduction and detailed photon transport of line and continuum radiation.
トカマク装置における通常運転およびディスラプション運転中、逃散したコアプラズマ粒子は、ダイバータおよび近傍コンポーネントの寿命とプラズマ汚染に対する潜在的な脅威となる。包括的で強化された物理モデルおよび数値モデルが、アップグレードされたHigh Energy Interaction with General Heterogeneous Target Systems (HEIGHTS) パッケージに開発・実装され、逃散粒子がプラズマ対向および近傍コンポーネントに与える影響を正確に予測する。逃散コア粒子の第一原理モンテカルロベースの運動論モデルが、開始された周辺プラズマの磁気流体力学(MHD)モデルとの統合のために開発され、そこでは逃散粒子は入力体積源として使用される。本論文は、3Dモンテカルロ運動論モデルの詳細、検証およびベンチマーキング、そして実際の炉設計および磁場配位を用いたNational Spherical Torus ExperimentおよびITER装置の両方に対するシミュレーション結果について述べる。シミュレーション結果は、表面侵食、ダイバータプラズマ生成、プラズマMHD発展、熱伝導、および線および連続放射の詳細な光子輸送を含む様々なHEIGHTSモデルと自己無撞着に実装されている。