The understanding of the halo current properties during disruptions is key to design and operate large scale tokamaks in view of the large thermal and electromagnetic loads that they entail. For the first time, we present a fully self-consistent model for halo current simulations including neutral particles and sheath boundary conditions. The model is used to simulate vertical displacement events (VDEs) occurring in the COMPASS tokamak. Recent COMPASS experiments have shown that the parallel halo current density at the plasma-wall interface is limited by the ion saturation current during VDE-induced disruptions. We show that usual magneto-hydrodynamic boundary conditions can lead to the violation of this physical limit and we implement this current density limitation through a boundary condition for the electrostatic potential. Sheath boundary conditions for the density, the heat flux, the parallel velocity and a realistic parameter choice (e.g. Spitzer's resistivity and Spitzer–Härm parallel thermal conductivity) extend present VDE simulations beyond the state of the art. Experimental measurements of the current density, temperature and heat flux profiles at the COMPASS divertor are compared with the results obtained from axisymmetric simulations. Since the ion saturation current density () is shown to be essential to determine the halo current profile, parametric scans are performed to study its dependence on different quantities such as the plasma resistivity and the particle and heat diffusion coefficients. In this respect, the plasma resistivity in the halo region broadens significantly the profile, increasing the halo width at a similar total halo current.
ディスラプション中のハロー電流の特性を理解することは、大型トカマクの設計と運転にとって重要である。なぜなら、それらが引き起こす大きな熱負荷と電磁力によるからである。我々は初めて、中性粒子とシース境界条件を含むハロー電流シミュレーションのための完全に自己無撞着なモデルを提示する。このモデルは、COMPASSトカマクで発生する垂直変位事象（VDE）のシミュレーションに使用される。最近のCOMPASS実験では、VDE誘起ディスラプション中に、プラズマ・壁界面における平行ハロー電流密度がイオン飽和電流密度によって制限されることが示された。我々は、通常の磁気流体力学境界条件がこの物理的限界の破れをもたらすことを示し、静電ポテンシャルの境界条件を通じてこの電流密度制限を実装する。密度、熱流束、平行速度に対するシース境界条件と、現実的なパラメータ選択（例えば、スピッツァ抵抗率とスピッツァ・ヘルム平行熱伝導率）は、現在のVDEシミュレーションを最先端の水準を超えて拡張する。COMPASSダイバータにおける電流密度、温度、熱流束プロファイルの実験測定値は、軸対称シミュレーションから得られた結果と比較される。イオン飽和電流密度（）がハロー電流プロファイルの決定に本質的であることが示されるため、プラズマ抵抗率や粒子・熱拡散係数などの様々な量への依存性を調べるためにパラメトリック走査が行われる。この点に関して、ハロー領域におけるプラズマ抵抗率はプロファイルを著しく広げ、同程度の総ハロー電流においてハロー幅を増大させる。