This paper discusses the criteria to be used in the preliminary design phases of the EU-DEMO reactor to ensure the performance of the divertor without compromising the stability of core plasma or the fusion power generation. This work refers to a lower single null conventional divertor using actively cooled solid metal plasma-facing components and with extrinsic seeding for heat flux dissipation, which is the solution currently being adopted for EU-DEMO. The analysis does not consider the role of edge localised modes, and also neglects major off-normal events like disruptions. It is shown that it is necessary to fulfil two high-level requirements, namely: (i) the concentration of seeded impurities has to be lower than some critical value in order to not compromise the fusion plasma performance or stability and (ii) damage to the divertor plate in the case of accidental plasma reattachment must be avoided for a sufficiently long time in order to ensure safe, controlled termination of the plasma discharge. These requirements are needed because in a device like EU-DEMO, other strategies relying on mass injection are considered more likely to cause a loss of plasma stability at full current, with dramatic consequences for the integrity of plasma facing components. Two figures of merit, corresponding to these criteria, have been identified in the existing literature and discussed. The dependence of such figures of merit on the relevant machine parameters (major radius and toroidal magnetic field) is analysed. Initially, the analysis is carried out using a simple 0D physics approach and subsequently by means of the systems code PROCESS, which allows for consideration of further parameters, such as aspect ratio and elongation. The main conclusion of the present work is that the simultaneous fulfilment of both requirements limits the viable EU-DEMO size both in terms of major radius and in terms of toroidal magnetic field . Finally, an attempt to extend the EU-DEMO related conclusions to a more general level is made.
本論文では、EU-DEMO炉の予備設計段階において、ダイバータの性能を確保しつつ、コアプラズマの安定性や核融合出力生成を損なわないための基準について論じる。本研究は、能動冷却された固体プラズマ対向部品を用い、熱流束低減のためのシード不純物入射を備えた、従来型の下部シングルヌル・ダイバータを対象とする。これは現在EU-DEMOで採用されている方式である。本解析では、エッジ局在モードの役割は考慮せず、ディスラプションのような主要な異常事象も無視する。2つの高次要件を満たす必要があることが示される。すなわち、(i) シード不純物濃度は、核融合プラズマの性能や安定性を損なわない臨界値未満に保たれなければならず、(ii) 偶発的なプラズマ再付着時におけるダイバータ板の損傷は、プラズマ放電の安全な制御終了を確保するために十分長い時間回避されなければならない。これらの要件が必要となるのは、EU-DEMOのような装置では、質量入射に依存する他の方策は、プラズマ対向部品の完全性に深刻な結果をもたらす、全電流時のプラズマ安定性喪失を引き起こす可能性が高いと考えられるためである。これらの基準に対応する2つの性能指標が、既存の文献において特定され、議論されている。そのような性能指標の、関連する装置パラメータ（主半径およびトロイダル磁場）への依存性が解析される。解析は、まず単純な0次元物理アプローチを用いて行われ、その後、システムコードPROCESSを用いて行われる。これにより、アスペクト比や伸長比などの追加パラメータの考慮が可能となる。本論文の主な結論は、両方の要件を同時に満たすことが、主半径およびトロイダル磁場の両方の観点から、実現可能なEU-DEMOのサイズを制限するというものである。最後に、EU-DEMOに関連する結論をより一般的なレベルに拡張する試みがなされる。