This paper presents a novel ‘prediction-correction method’ for treating molecule-assisted recombination (MAR) in the three-dimensional (3D) boundary plasma transport code—EMC3-Eirene. In this approach, certain MAR products are first isolated and removed from the particle trajectories in Eirene and recorded as predictions, which are then implicitly corrected/reprocessed in EMC3 and subsequently fed back into Eirene as an ‘external’ source to compensate for the removed particles. Compared to the conventional scheme used in boundary plasma modelling, this new method exhibits enhanced numerical stability. It should be broadly applicable to other 2D fluid-kinetic edge plasma transport calculations. Using a typical detached plasma from W7-X as an example, we apply the latest version of the EMC3-Eirene code to perform, for the first time, a self-consistent analysis of the role of volume recombination processes, including MAR and electron–ion recombination (EIR), in a 3D divertor, namely the island divertor. Intrinsic carbon is assumed to be the only impurity species, and the radiation fraction is used as a control parameter. The simulation demonstrates that both EIR and MAR increase with , with the total volume recombination rate reaching approximately 30% of the total neutral source at = 0.9. The MAR contribution is typically around a factor of three of that of the EIR when the radiation is located in the edge magnetic islands outside the last closed flux surface. There are no noteworthy effects of volume recombination on detachment performance regarding the power load on the target, the neutral pressure in the divertor chamber, or the distribution of impurity radiation. Nevertheless, volume recombination significantly changes the relative population of atoms and molecules in front of the targets, which may be generally important for boundary plasma spectroscopy in fusion devices.
本論文は、三次元（3D）周辺プラズマ輸送コードEMC3-Eireneにおいて分子援用再結合（MAR）を扱うための新しい「予測-補正法」を提示する。この手法では、特定のMAR生成物をまずEirene内の粒子軌道から分離・除去し、予測として記録する。その後、それらはEMC3内で陰的に修正/再処理され、除去された粒子を補償するための「外部」源としてEireneへフィードバックされる。周辺プラズマモデリングにおける従来の手法と比較して、この新しい手法は数値安定性の向上を示す。この手法は、他の2次元流体・運動論的周辺プラズマ輸送計算にも広く適用可能である。例としてW7-Xの典型的な非接触プラズマを用いて、最新版のEMC3-Eireneコードを適用し、3次元ダイバータ、すなわちアイランドダイバータにおける、MARおよび電子-イオン再結合（EIR）を含む体積再結合過程の役割の自己無撞着解析を初めて実行する。内因性炭素が唯一の不純物種であると仮定し、放射割合を制御パラメータとして用いる。シミュレーションにより、EIRとMARはともに放射割合とともに増加し、総体積再結合率は放射割合=0.9において全中性粒子源の約30%に達することが示される。MARの寄与は、放射が最終閉鎖磁気面の外側の周辺磁気島に位置する場合、典型的にはEIRの寄与の約3倍である。体積再結合が、ターゲットへのパワー負荷、ダイバータ室の中性粒子圧力、または不純物放射の分布に関する非接触性能に及ぼす顕著な影響はない。それにもかかわらず、体積再結合はターゲット前方の原子と分子の相対的な存在量を大きく変化させ、これは核融合装置における周辺プラズマ分光にとって一般的に重要であり得る。