Plasma-molecular interactions generate molecular ions which react with the plasma and contribute to detachment through molecular activated recombination (MAR), reducing the ion target flux, and molecular activated dissociation (MAD), both of which create excited atoms. Hydrogenic emission from these atoms has been detected experimentally in detached TCV, JET and MAST-U deuterium plasmas. The TCV findings, however, were in disagreement with SOLPS-ITER simulations for deuterium, indicating a molecular ion density () that was insufficient to lead to significant hydrogenic emission, which was attributed to underestimates of the molecular charge exchange rate () for deuterium (obtained by rescaling the hydrogen rates by their isotope mass). In this work, we have performed new SOLPS-ITER simulations with the default rate setup and a modified rate setup where ion isotope mass rescaling was disabled. This increased the content by . By disabling ion isotope mass rescaling: (1) the total ion sinks are more than doubled due to the inclusion of MAR; (2) the additional MAR causes the ion target flux to roll-over during detachment; (3) the total emission in the divertor increases during deep detachment by roughly a factor of four; (4) the neutral atom density in the divertor is doubled due to MAD, leading to a 50% increase in neutral pressure; (5) total hydrogenic power loss is increased by up to 60% due to MAD. These differences result in an improved agreement between the experiment and the simulations in terms of spectroscopic measurements, ion source/sink inferences and the occurrence of an ion target flux roll-over. Extrapolating simplified scalings of divertor molecular densities (TCV & MAST-U) to reactor-relevant densities suggests the underestimation of molecular charge exchange could strongly impact divertor physics (neutral atom density, ions sinks) and hydrogen emission (which has implications for detachment control) in deeply detached conditions, warranting further study.
プラズマ-分子相互作用は分子イオンを生成し、分子イオンはプラズマと反応して、イオンターゲットフラックスを低減する分子活性化再結合(MAR)および分子活性化解離(MAD)を通じてディタッチメントに寄与し、その両方が励起原子を生成する。これらの原子からの水素発光は、ディタッチしたTCV、JET、MAST-U重水素プラズマにおいて実験的に検出されている。しかし、TCVの結果は重水素に対するSOLPS-ITERシミュレーションと矛盾しており、有意な水素発光を生じるには不十分な分子イオン密度()が示され、これは重水素に対する分子電荷交換速度()（水素の速度係数を同位体質量でリスケールして得られたもの）の過小評価に起因するとされた。本研究では、デフォルトの速度係数設定と、イオン同位体質量リスケーリングを無効にした修正速度係数設定を用いて、新たなSOLPS-ITERシミュレーションを実施した。これにより、()含有量は()増加した。イオン同位体質量リスケーリングを無効にすることにより、(1) MARの導入により全イオンシンクは2倍以上になる、(2) 追加のMARによりイオンターゲットフラックスがディタッチメント中にロールオーバーする、(3) ダイバータ内の全()発光は深いディタッチメント中に約4倍増加する、(4) MADによりダイバータ内の中性原子密度は2倍になり、中性粒子圧力が50%増加する、(5) 全水素系パワー損失はMADにより最大60%増加する。これらの差異により、分光測定、イオン源／シンクの推定、イオンターゲットフラックスのロールオーバーの発生に関して、実験とシミュレーションの一致が改善された。ダイバータ分子密度の簡略化されたスケーリング（TCV & MAST-U）を核融合炉関連密度へ外挿すると、分子電荷交換の過小評価が、深くディタッチした条件においてダイバータ物理（中性原子密度、イオンシンク）と水素発光（ディタッチメント制御に影響を与える）に強く影響し得ることが示唆され、さらなる研究が必要である。