The two-point model by Stangeby has been widely used to gain insight into the relevant transport processes in the tokamak scrape-off-layer (SOL). It has been adapted into a stellarator two-point model (STPM) by Feng to consider additional perpendicular transport (Y. Feng et al 2006 Nucl. Fusion46 807). We characterize a stellarator-specific recycling regime, detrimental for exhaust performance: the diffusion-limited regime. We extend the STPM with additional terms to investigate the impact of the convected power fraction, the fraction of power dissipated in front of the target, as well as a more general parametrization of momentum loss factor. We find that increasing the convected power fraction is particularly detrimental for exhaust performance, and that the momentum loss factor parametrization is key to predict the recycling regime. Herein, scalings made with this extended STPM are compared to EMC3-Eirene simulations. A simplified island divertor geometry, which is limited to a narrow power carrying layer, is used. This effectively suppresses cross field transport in the flux-surface-perpendicular direction, but retains the relevant stellarator island divertor features such as bi-normal transport, the 3D geometry of the targets and the flux tubes, as well as the resulting existence of a target shadow region. Using the additional parameters—extracted from numerical simulations—in the extended STPM, we obtain a quantitative agreement between this 0D model and the 3D SOL modeled by EMC3-Eirene. This work identifies the key parameters to assess the exhaust performance of the island divertor and ultimately the reactor-relevance of the concept.
Stangebyによる2点モデルは、トカマクのスクレイプオフ層(SOL)における関連する輸送過程への洞察を得るために広く用いられてきた。これは、追加の垂直輸送を考慮するためにFengによってステラレータ2点モデル(STPM)へと適用された (Y. Feng et al 2006 Nucl. Fusion46 807)。我々は、排気性能に有害なステラレータ特有のリサイクリング領域、すなわち拡散律速領域を特徴付ける。我々は、対流電力割合、ターゲット前方で散逸する電力の割合、および運動量損失係数のより一般的なパラメータ化の影響を調べるために、追加の項を用いてSTPMを拡張する。我々は、対流電力割合の増加が排気性能にとって特に有害であり、運動量損失係数のパラメータ化がリサイクリング領域を予測する鍵であることを見出す。ここでは、この拡張STPMで得られたスケーリング則をEMC3-Eireneシミュレーションと比較する。狭い電力輸送層に限定された簡略化されたアイランドダイバータ形状が用いられる。これにより、磁束面垂直方向の交差磁場輸送は効果的に抑制されるが、双法線輸送、ターゲットと磁束管の3次元形状、およびその結果としてのターゲット影領域の存在といった、関連するステラレータアイランドダイバータの特徴は保持される。数値シミュレーションから抽出された追加パラメータを拡張STPMで用いることにより、我々はこの0DモデルとEMC3-Eireneによってモデル化された3D SOLとの間で定量的な一致を得る。この研究は、アイランドダイバータの排気性能、ひいてはこの概念の炉心関連性を評価するための主要パラメータを特定する。