Predictions for the operation of tokamak divertors are reliant on edge plasma simulations typically consisting of a fluid plasma code in combination with a Monte-Carlo (MC) code for neutral species. Pilot-PSI is a linear device operating with a cascaded arc plasma source that produces plasmas comparable to those expected during the inter-ELM phase in the ITER divertor (Te ∼ 1 eV, ne ∼ 1020 m−3). In this study, plasma discharges in Pilot-PSI have been modelled using the Soledge2D fluid plasma code (Bufferand et al 2015 Nucl. Fusion55) coupled to the Eirene neutral MC code (Reiter et al 2005 Fusion Sci. Technol.47, 172–186) in order to (a) investigate which phenomena need to be included in the modelling to reproduce experimental trends and (b) provide new insights to the interpretation of experiments. The simulations highlight the key role of ion/molecule elastic collisions in determining the ion flux reaching the target. Recombination is likely to play a role at high molecular background pressure. However, even with the most advanced atomic and molecular model used in this work, Te at the target is overestimated with respect to the measurements using TS and spectroscopy. Te in the simulations appears to saturate at 0.7 eV for a wide range of parameters, while experimentally values of 0.1–0.3 eV are found. As a consequence, in the simulations the volume recombination is underestimated, which is a strong function of Te when it is below 1 eV. Further analysis of simulation results using a two-point formalism shows that inelastic collisions between electrons and neutral background particles remove most of the energy flux, mainly via dissociation of molecules and molecular ions. However this happens mostly in the upstream region of the beam where Te > 1 eV. For Te < 1 eV, there seems to be no significant energy removal mechanism in the simulated cases. The results also indicate that conclusions on the importance of volume processes, e.g. recombination, cannot be solely based on Te or the dominance of certain reaction rate coefficients over others, but rather the complete transport picture, including macroscopic flow, has to be taken into account. In the cases studied here, the plasma is typically advected to the wall too fast for recombination to remove a significant fraction of the particle flux.
トカマクダイバータの運転予測は、典型的には流体プラズマコードとモンテカルロ（MC）コードによる中性粒子種の組み合わせからなる周辺プラズマシミュレーションに依存している。Pilot-PSIは、ITERダイバータのELM間期に予想されるプラズマ（Te ∼ 1 eV、ne ∼ 1020 m−3）に匹敵するプラズマを生成するカスケードアークプラズマ源を備えた線形装置である。本研究では、Pilot-PSIにおけるプラズマ放電を、Soledge2D流体プラズマコード（Bufferand et al 2015 Nucl. Fusion55）とEirene中性粒子MCコード（Reiter et al 2005 Fusion Sci. Technol.47, 172–186）を結合してモデル化し、(a) 実験傾向を再現するためにモデルに含める必要がある現象を調査し、(b) 実験の解釈に対する新たな知見を提供することを目的とした。シミュレーションは、ターゲットに到達するイオン束の決定におけるイオン・分子弾性衝突の重要な役割を明らかにした。分子背景圧力が高い場合、再結合が重要な役割を果たす可能性がある。しかし、本研究で使用した最も高度な原子・分子モデルを用いても、ターゲットにおけるTeは、TSおよび分光法による測定値と比較して過大評価された。シミュレーションにおけるTeは、広範囲のパラメータに対して0.7 eVで飽和するように見える一方、実験では0.1～0.3 eVの値が得られている。その結果、シミュレーションでは体積再結合が過小評価されるが、これはTeが1 eV未満の場合にTeの強い関数となるためである。二点形式を用いたシミュレーション結果のさらなる解析により、非弾性衝突による電子と中性背景粒子間の衝突がエネルギー束の大部分を除去し、主に分子および分子イオンの解離を介することが示された。しかし、これは主にTe > 1 eVのビーム上流領域で発生する。Te < 1 eVの場合、シミュレーションしたケースでは有意なエネルギー除去機構は存在しないように思われる。結果はまた、再結合などの体積プロセスの重要性に関する結論は、Teや特定の反応速度係数の優位性のみに基づくことはできず、巨視的流れを含む完全な輸送像を考慮する必要があることを示している。本研究で検討したケースでは、プラズマは典型的に壁へと速やかに移流されるため、再結合が粒子束の有意な割合を除去するには至らない。