One of the major challenges for the Gigawatt-class Chinese Fusion Engineering Testing Reactor (CFETR) is to efficiently handle huge power fluxes on plasma-facing components , especially the divertor targets. This work investigates the effects of two candidate radiation impurity species, argon (Ar) and neon (Ne), with two different divertor geometries (baseline and long leg divertor geometry) on the reduction of steady-state power load to divertor targets in CFETR by using the SOLPS-ITER code package with full drifts and kinetic description of neutrals. The modeling results show clearly that increasing the seeding rate of Ar or Ne with fixed fueling gas D2 injection rate reduces the target electron temperature and heat flux density for the baseline divertor geometry, which can be reduced further by higher D2 injection rate. With a high impurity seeding rate, partial detachment with steady-state power load at the divertor target below the engineering limit of 10 MW m−2 is demonstrated. In addition, the radiation efficiency for Ar is better than that for Ne. Increasing the divertor leg length reduces the electron temperature and heat load at the targets. This modeling, therefore, suggests that a long leg divertor design with Ar seeding impurity is appropriate to meet the CFETR divertor requirements.
Gigawatt級中国核融合工学試験炉（CFETR）の主要な課題の一つは、プラズマ対向機器、特にダイバータターゲットにおける巨大な熱流束を効率的に処理することである。本研究では、SOLPS-ITERコードパッケージを完全ドリフトおよび中性粒子の運動論的記述とともに用いて、2つの異なるダイバータ形状（ベースラインおよびロングレッグダイバータ形状）における2つの候補放射不純物種、アルゴン（Ar）およびネオン（Ne）が、CFETRのダイバータターゲットへの定常熱負荷の低減に及ぼす影響を調査する。モデリング結果は、燃料ガスD₂注入率を固定した場合、ArまたはNeのシーディング率を増加させると、ベースラインダイバータ形状におけるターゲット電子温度と熱流束密度が低下することを明確に示している。これは、より高いD₂注入率によってさらに低減できる。高い不純物シーディング率では、ダイバータターゲットにおける定常熱負荷が工学的限界値10 MW m⁻²未満となる部分デタッチメントが実証される。さらに、放射効率はNeよりもArの方が優れている。ダイバータレッグ長を増加させると、ターゲットにおける電子温度と熱負荷が低減する。したがって、このモデリングは、CFETRのダイバータ要件を満たすには、Arシーディング不純物を用いたロングレッグダイバータ設計が適切であることを示唆している。