Simulations of high-density deuterium plasmas in a lower single-null magnetic configuration based on a TCV discharge are presented. We evolve the dynamics of three charged species (electrons, and ), interacting with two neutrals species ( and ) through ionization, charge-exchange, recombination and molecular dissociation processes. The plasma is modelled by using the drift-reduced fluid Braginskii equations, while the neutral dynamics is described by a kinetic model. To control the divertor conditions, a puffing is used and the effect of increasing the puffing strength is investigated. The increase in fuelling leads to an increase of density in the scrape-off layer and a decrease of the plasma temperature. At the same time, the particle and heat fluxes to the divertor target decrease and the detachment of the inner target is observed. The analysis of particle and transport balance in the divertor volume shows that the decrease of the particle flux is caused by a decrease of the local neutral ionization together with a decrease of the parallel velocity, caused by the lower plasma temperature and the increase in momentum losses. The relative importance of the different collision terms is assessed, showing the crucial role of molecular interactions, as they are responsible for increasing the atomic neutral density and temperature, since most of the neutrals are produced by molecular activated recombination and dissociation. The presence of strong electric fields in high-density plasmas is also shown, revealing the role of the E × B drift in setting the asymmetry between the divertor targets. Simulation results are in agreement with experimental observations of increased density decay length, attributed to a decrease of parallel transport, together with an increase of plasma blob size and radial velocity.
TCV放電に基づく下部単一ヌル磁気配位における高密度重水素プラズマのシミュレーションを提示する。我々は、イオン化、電荷交換、再結合、および分子解離過程を通じて、2つの中性種(DおよびD2)と相互作用する3つの荷電種(電子、D+およびD2+)の動力学を発展させる。プラズマはドリフト低減流体Braginskii方程式を用いてモデル化され、一方、中性粒子動力学は運動論モデルによって記述される。ダイバータ条件を制御するために、D2パフィングが用いられ、パフィング強度を増加させる効果が調べられる。燃料供給の増加はスクレイプオフ層の密度増加とプラズマ温度の低下をもたらす。同時に、ダイバータターゲットへの粒子束および熱流束は減少し、内側ターゲットのデタッチメントが観察される。ダイバータ体積における粒子および輸送バランスの解析は、粒子束の減少が、より低いプラズマ温度と運動量損失の増加によって引き起こされる平行速度の低下とともに、局所的な中性粒子イオン化の減少によって引き起こされることを示す。異なる衝突項の相対的重要性が評価され、分子相互作用が重要な役割を果たすことが示される。なぜなら、ほとんどのD中性粒子は分子活性化再結合およびD2解離によって生成されるからである。高密度プラズマにおける強い電場の存在も示され、ダイバータターゲット間の非対称性を設定する上でのE×Bドリフトの役割が明らかにされる。シミュレーション結果は、平行輸送の減少に起因する密度減衰長の増加と、プラズマブロブサイズおよび径方向速度の増加に関する実験的観測と一致する。