SOLPS simulations of MAST-U have been carried out to identify in more detail the physics and operational properties of novel divertor configurations such as Super-x divertor (SXD), in particular the physics of detachment. A well diagnosed L-mode discharge from MAST has been utilised to determine L-mode transport coefficients representative for MAST-U L-mode plasmas. Simulations show that under the same core plasma conditions, the MAST-U SXD is strongly detached whilst the conventional divertor (CD) is not (1 eV versus 20 eV at the divertor plate). The detachment and higher power losses (1.6×) in the SXD versus the attached CD lead to a factor of 25 reduction in the target power load and are attributed to changes in radial location of the target. An attached regime can be established for the SXD in L-mode for higher pumping speed and/or heating power. In contrast, the simulation predicts that the MAST-U CD requires 3× higher density or 4× reduced power than the SXD to detach. Comparing two versions of the SXD, each with a different amount of poloidal expansion in the region near the divertor plate, we find that the effect of additional poloidal flux expansion of the SXD on an already detached plasma is small for a change in flux expansion in volume by a factor of 2–3 (target temperature 0.7 eV versus 1.1 eV). The poloidal flux expansion re-arranges the radiation pattern with only a small increase in divertor power losses (1.06×) compared to changing from the CD to SXD topology. By artifically increasing the leakage from the divertor chamber, we confirmed that the tight closure of the divertor region leads to strong increases in neutral density with concomitant power losses.
SOLPSシミュレーションをMAST-Uに対して実施し、Super-Xダイバータ（SXD）などの新規ダイバータ配位の物理的・運転特性をより詳細に解明した。特に、デタッチメントの物理に焦点を当てた。MASTから得られた診断の充実したLモード放電を用いて、MAST-UのLモードプラズマを代表する輸送係数を決定した。シミュレーションの結果、同一のコアプラズマ条件の下では、MAST-UのSXDは強くデタッチするのに対し、従来型ダイバータ（CD）ではデタッチしないことが示された（ダイバータ板での温度は1 eV対20 eV）。SXDにおけるデタッチメントとそれに伴う高い電力損失（1.6倍）は、ダイバータ板の径方向位置の変化に起因し、ターゲットへの熱流束を25分の1に低減する。また、Lモードにおいて、ポンピング速度や加熱電力を増加させることで、SXDでもアタッチ状態を確立できることが示された。対照的に、CDでデタッチを達成するには、SXDと比較して3倍の密度上昇または4倍の電力低減が必要であると予測された。さらに、ダイバータ板近傍のポロイダルフラックス拡大の程度が異なる2つのSXDバージョンを比較したところ、既にデタッチしたプラズマに対して、ポロイダルフラックス拡大をさらに増加させる効果は小さいことが分かった（フラックス拡大の体積換算で2〜3倍の変化に対し、ターゲット温度は0.7 eV対1.1 eV）。ポロイダルフラックス拡大は放射パターンを再配分するが、ダイバータでの電力損失の増加はわずか（1.06倍）であり、CDからSXDへのトポロジー変更による効果（1.6倍）と比較して小さい。ダイバータチャンバーからの漏れを人為的に増加させた実験により、ダイバータ領域の閉鎖性の向上が中性粒子密度を大幅に増加させ、それに伴う電力損失の増大を引き起こすことが確認された。