In this paper we present a computational study on the divertor heat load mitigation through impurity injection for the EU DEMO. The study is performed by means of the SOLPS5.1 code. The power crossing the separatrix is considered fixed and corresponding to H-mode operation, whereas the machine operating condition is defined by the outboard mid-plane upstream electron density and the impurity level. The selected impurity for this study is Ar, based on its high radiation efficiency at SOL characteristic temperatures. We consider a conventional vertical target geometry for the EU DEMO and monitor target conditions for different operational points, considering as acceptability criteria the target electron temperature (≤5 eV to provide sufficiently low W sputtering rate) and the peak heat flux (below 5–10 MW m−2 to guarantee safe steady-state cooling conditions). Our simulations suggest that, neglecting the radiated power deposition on the plate, it is possible to satisfy the desired constraints. However, this requires an upstream density of the order of at least 50% of the Greenwald limit and a sufficiently high argon fraction. Furthermore, if the radiated power deposition is taken into account, the peak heat flux on the outer plate could not be reduced below 15 MW m−2 in these simulations. As these simulations do not take into account neutron loading, they strongly indicate that the vertical target divertor solution with a radiative front distributed along the divertor leg has a very marginal operational space in an EU DEMO sized reactor.
本論文では、EU DEMOを対象とした不純物注入によるダイバータ熱負荷低減に関する計算機研究を提示する。この研究はSOLPS5.1コードを用いて実施される。セパラトリックスを横切るパワーは固定され、Hモード運転に対応するものとみなされる一方、装置の運転条件はアウトボード中平面の上流電子密度と不純物レベルによって定義される。本研究で選択された不純物はArであり、これはSOL特性温度における高い放射効率に基づく。我々はEU DEMOの従来型垂直ターゲット形状を考慮し、異なる運転点に対するターゲット条件を監視する。許容基準として、ターゲット電子温度（十分に低いWスパッタリング率を提供するための≤5 eV）とピーク熱流束（安全な定常冷却条件を保証するための5–10 MW m−2未満）を考慮する。我々のシミュレーションは、プレートへの放射パワー堆積を無視した場合、所望の制約を満たすことが可能であることを示唆する。しかしながら、これにはグリーンワルド限界の少なくとも50%程度の上流密度と、十分に高いアルゴン割合が必要である。さらに、放射パワー堆積を考慮した場合、これらのシミュレーションでは外側プレート上のピーク熱流束を15 MW m−2未満に低減することはできなかった。これらのシミュレーションは中性子負荷を考慮していないため、ダイバータ脚に沿って分布する放射フロントを有する垂直ターゲットダイバータ方式は、EU DEMO規模の炉において非常に限られた運転空間しか持たないことを強く示唆している。