A vapour box (VB) is a physical device currently being considered to reduce the high heat and particle fluxes typically impacting the divertor in tokamaks. This system usually consists of a series of boxes that retains neutral particles to increase the amount of collision events with the impacting plasma. The neutral particles come from recycling and recombination of the plasma, gas puffing inside the box and by the evaporation of a liquid metal, typically Li or Sn. Currently, an VB is being constructed for testing in the linear plasma generator Magnum-PSI, operated at DIFFER. Its modular design will allow for open (not enclosing the target) and closed (enclosing the target) configurations, as well as evaporating a liquid metal to create a vapour cloud inside the box. The experiments carried out with this device will investigate its capabilities to reduce the plasma flux towards the target. This work presents a numerical study performed with SOLPS-ITER about the effectiveness of the current VB design in its open configuration to retain neutrals and its effect on the plasma beam properties. This is a first step before validation against experiments and studying closed configurations to ensure that the VB can successfully operate in a wide range of plasma parameters. Simulations show that the VB is capable of retaining neutrals and reducing fluxes to the target without requiring additional gas puffing in High and Low plasma flux scenarios. When lithium is evaporated from inside the box, the hydrogen plasma is completely extinguished and replaced by a low temperature Li plasma with lower flux. The fraction of Li and Li+ transported upstream the VB is three orders of magnitude below the amount evaporated form the central box, as most of the lithium is condensed in the side boxes and another small portion (two orders of magnitude below the amount evaporated) is deposited on the target. The VB design in its open configuration can mitigate incoming plasma peak heat flux by , which represents a fraction of and for the High and Low flux scenarios. This effect is expected to be higher when a closed configuration is employed, which could result in a significant reduction of heat fluxes on the divertor of tokamaks once that this design is extrapolated to the toroidal geometry, with just a minimal amount of Li and Li+ reaching the core.
蒸気ボックス（VB）は、トカマクにおけるダイバータに通常影響を及ぼす高い熱流束と粒子束を低減するために現在検討されている物理的装置である。このシステムは通常、衝突事象の量を増加させるために中性粒子を保持する一連のボックスで構成される。中性粒子は、プラズマのリサイクリングと再結合、ボックス内部へのガス入射、そして典型的にはLiまたはSnである液体金属の蒸発に由来する。現在、VBはDIFFERで運転されている線形プラズマ発生装置Magnum-PSIにおいて試験用に建設中である。そのモジュール設計により、開構成（ターゲットを囲まない）と閉構成（ターゲットを囲む）の両方、ならびにボックス内部に蒸気雲を生成するための液体金属の蒸発が可能となる。この装置を用いて実施される実験は、ターゲットに向かうプラズマ束を低減する能力を調査するものである。本論文では、SOLPS-ITERを用いて実施された数値研究について報告し、現在のVB設計が開構成において中性粒子を保持する有効性と、プラズマビーム特性への影響を評価する。これは、実験との検証および閉構成の検討に先立つ最初のステップであり、広範囲のプラズマパラメータにおいてVBが確実に動作することを確認することを目的とする。シミュレーションにより、VBは追加のガス入射を必要とせずに、高および低プラズマ束シナリオの両方において中性粒子を保持し、ターゲットへの束を低減できることが示された。ボックス内部からリチウムを蒸発させた場合、水素プラズマは完全に消滅し、より低い束を有する低温Liプラズマに置き換えられる。VBの上流側に輸送されるLiおよびLi+の割合は、ボックス中央部から蒸発した量の3桁下であり、リチウムの大部分は側部ボックスで凝縮し、別のごく一部（蒸発量の2桁下）がターゲットに堆積する。開構成におけるVB設計は、入射ピーク熱流束を低減でき、その低減割合は高および低束シナリオにおいてそれぞれ[値]および[値]に相当する。この効果は、閉構成を採用した場合により顕著になると予想され、トカマクのダイバータにおける熱流束の大幅な低減につながる可能性がある。この設計をトロイダル形状に外挿した場合、ごく微量のLiおよびLi+のみがコアに到達すると考えられる。