The operational regimes in the first divertor campaign of W7-X were limited by unexpectedly high heat loads on certain baffle tiles. In the high-mirror configuration, a permanent hotspot on the baffle plate was detected by the thermographic system, which was further confirmed during the post-campaign inspections of the plasma-facing components. The maximum heat load on three baffle tiles reached about 4.5 MW m−2, which was almost an order of magnitude above its designed value of 0.5 MW m−2. The paper presents a detailed analysis to understand how the baffle plate, which is originally designed to screen the recycling neutrals and is therefore hidden from the hot plasma, can receive such a high heat load - a level that is expected for target plates. Three main causes have been identified: 1) the three baffle tiles are radially only about 5 mm away from a main heat channel towards a target, which is much shorter than the radial power decay length of several centimeters derived from the thermographic measurements in this region; 2) the three baffle tiles are intersected with field-lines of about 30 m length, which are long enough to collect considerable amount of heat via cross-field transport; 3) the baffle tiles have locally large grazing angles. In addition, the analysis method shown in this paper is of general use to estimate the heat flows in shadow areas of targets and thus to evaluate heat loads on the potentially critical components occurring in these areas, especially required for the design of complex 3D divertors like the one in W7-X.
W7-Xの最初のダイバータ実験期間における運転領域は、特定のバッフルタイルにおける予想外の高い熱負荷によって制限された。高ミラー配位において、サーモグラフィシステムによりバッフルプレート上の恒久的なホットスポットが検出され、これはプラズマ対向機器の実験後点検においてさらに確認された。3枚のバッフルタイル上の最大熱負荷は約4.5 MW m⁻²に達し、設計値である0.5 MW m⁻²の約1桁上回るものであった。本論文は、リサイクリング中性粒子を遮蔽するために設計され、したがって高温プラズマから遮蔽されているバッフルプレートが、どのようにしてこのような高い熱負荷を受け得るのか——すなわちターゲットプレートに期待されるレベルの熱負荷を——理解するための詳細な解析を提示する。3つの主な原因が特定された：1) 3枚のバッフルタイルは、ターゲットに向かう主熱流チャネルから半径方向にわずか約5 mmしか離れておらず、これはこの領域のサーモグラフィ測定から導出された半径方向の電力減衰長（数cm）よりもはるかに短い；2) 3枚のバッフルタイルは約30 mの長さの磁力線と交差しており、これは横断輸送によるかなりの熱量を収集するのに十分な長さである；3) バッフルタイルは局所的に大きなグレージング角を有する。さらに、本論文で示された解析手法は、ターゲットの陰影領域における熱流を推定し、それによりこれらの領域で発生し得る潜在的に重要な構成機器への熱負荷を評価するための一般的な手法であり、特にW7-Xのような複雑な3次元ダイバータの設計に必要とされるものである。