In this work, we cross-compare the state-of-the-art edge plasma codes SOLPS-ITER, SOLEDGE2D, and UEDGE in a reactor-relevant neon-seeded Divertor Tokamak Test scenario at nominal power, extending the simplified test-bed of Moscheni et al (2022 Nucl. Fusion62 056009). Converged solutions targeting the same separatrix density and radiated power are obtained by adjusting the pumping albedo and the neon puffing rate. This higher-power scenario is generally characterised by substantial disagreement between the three codes, up to 78%–178% in peak heat fluxes. Discrepancies found in Moscheni et al (2022 Nucl. Fusion62 056009) are indeed exacerbated, and new ones arise. Underlying causes include the over-penetration of neutrals implied by the unified ion-neutral temperature of UEDGE (observed in Moscheni et al (2022 Nucl. Fusion62 056009)), here resulting in a 38%–114% over-estimation of core plasma densities. The particular set of EIRENE atomic-molecular reactions adopted is found to stiffly restrict the achievable code solutions, which results in the predicted effective charge Zeff changing from to at the outer mid-plane separatrix. The strong link between Zeff, main ion density and unified ion temperature emphasises the need of proper assessments of impurity cross-field transport, with its implications on core contamination and wall erosion. The advantages of extended plasma meshes are found to come with associated modelling intricacies, yet to be fully characterised but seemingly impacting on the activity around the secondary X-point of single-null magnetic topologies. An appreciable impurity particle imbalance, generated by the neon ion density floor, is noted—speculatively contributing to SOLEDGE2D's different radiation emission distribution, and expected to be even more deleterious for high-Z impurities in all the codes. Potential drivers of further discrepancies are the different Braginskii formulations of collision times and momentum sources in presence of impurities, and the SOLPS-ITER extra terms gaining importance around the detachment front. Outstanding questions unanswered in this work prompt further investigations.
本研究では、公称電力における炉心関連のネオンシードダイバータトカマク試験シナリオにおいて、最先端のエッジプラズマコードであるSOLPS-ITER、SOLEDGE2D、UEDGEを相互比較し、Moscheniら(2022 Nucl. Fusion62 056009)の簡略化テストベッドを拡張する。同じセパラトリックス密度と放射パワーを目標とする収束解は、ポンピングアルベドとネオンパフ率を調整することで得られた。このより高パワーのシナリオは、一般に3つのコード間の substantial disagreement を特徴とし、ピーク熱流束で最大78%～178%の差がある。Moscheniら(2022 Nucl. Fusion62 056009)で見つかった不一致は確かに悪化し、新たな不一致も生じている。根本的な原因には、UEDGEの統一的イオン-中性粒子温度によって示唆される中性粒子の過浸透が含まれ(Moscheniら(2022 Nucl. Fusion62 056009)で観察された)、ここではコアプラズマ密度の38%～114%の過大評価をもたらしている。採用されたEIRENE原子-分子反応の特定のセットは、達成可能なコード解を厳しく制限することが見出され、その結果、予測される実効電荷Zeffは、外側中平面セパラトリックスにおいて から へ変かする。Zeff、主イオン密度、統一的イオン温度の間の強い関連は、不純物の横断磁場輸送の適切な評価の必要性を強調しており、それはコア汚染と壁浸食への影響を伴う。拡張されたプラズマメッシュの利点には、関連するモデリングの複雑さが伴うことが見出されるが、それはまだ完全には特徴付けられておらず、単一ヌル磁気トポロジーの二次Xポイト周辺の活動に影響を及ぼしているように見える。ネオンイオン密度フロアによって生成される顕著な不純物粒子不均衡が指摘される。これは推測的にSOLEDGE2Dの異なる放射放出分布に寄与しており、すべてのコードにおいて高Z不純物に対してさらに有害であると予想される。さらなる不一致の潜在的要因は、不純物存在下での衝突時間と運動量源に関する異なるブラギンスキー定式化、および剥離フロント周辺で重要性を増すSOLPS-ITERの追項である。本研究で未解決のままの顕著な疑問は、さらなる調査を促すものである。