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Exploration of non-resonant divertor features on the Compact Toroidal Hybrid

K.A. Garcia, A. Bader, H. Frerichs, G.J. Hartwell, J.C. Schmitt, N. Allen, O. Schmitz2023年Nuclear FusionIF 3出版社

Non-resonant divertors (NRDs) separate the confined plasma from the surrounding plasma facing components (PFCs). The resulting striking field line intersection pattern on these PFCs is insensitive to plasma equilibrium effects. However, a complex scrape-off layer (SOL), created by chaotic magnetic topology in the plasma edge, connects the core plasma to the PFCs through varying magnetic flux tubes. The Compact Toroidal Hybrid (CTH) serves as a test-bed to study this by scanning across its inductive current. Simulations observe a significant change of the chaotic edge structure and an effective distance between the confined plasma and the instrumented wall targets. The intersection pattern is observed to be a narrow helical band, which we claim is a resilient strike line pattern. However, signatures of finger-like structures, defined as heteroclinic tangles in chaotic domains, within the plasma edge connect the island chains to this resilient pattern. The dominant connection length field lines intersecting the targets are observed via heat flux modeling with EMC3-EIRENE. At low inductive current levels, the excursion of the field lines resembles a limited plasma wall scenario. At high currents, a private flux region is created in the area where the helical strike line pattern splits into two bands. These bands are divertor legs with distinct SOL parallel particle flow channels. The results demonstrate the NRD strike line pattern resiliency within CTH, but also show the underlying chaotic edge structure determining if the configuration is diverted or limited. This work supports future design efforts for a mechanical structure for the NRD.

日本語訳

非共鳴ダイバータ(NRDs)は、閉じ込められたプラズマを周囲のプラズマ対向機器(PFCs)から分離する。これらのPFC上で結果として生じる入射磁力線交差パターンは、プラズマ平衡効果に対して鈍感である。しかしながら、プラズマ端部におけるカオス的な磁場トポロジーによって形成される複雑なスクレイプオフ層(SOL)は、変化する磁束管を通じてコアプラズマをPFCsに接続する。コンパクトトロイダルハイブリッド(CTH)は、その誘導電流を走査することによりこれを研究するための試験台となる。シミュレーションでは、カオス的な端部構造と、閉じ込められたプラズマと計装された壁ターゲットとの間の実効距離の有意な変化が観測される。交差パターンは狭い螺旋状の帯として観測され、我々はこれを頑健なストライクラインパターンであると主張する。しかしながら、プラズマ端部内の、カオス領域におけるヘテロクリニック・タングルとして定義される指状構造のシグネチャは、島鎖をこの頑健なパターンに接続する。ターゲットと交差する、支配的な接続長を持つ磁力線は、EMC3-EIRENEを用いた熱流束モデリングにより観測される。低い誘導電流レベルでは、磁力線の逸脱はリミター型プラズマ壁シナリオに類似する。高電流では、螺旋状ストライクラインパターンが2つの帯に分かれる領域にプライベートフラックス領域が形成される。これらの帯は、明確なSOL平行粒子流チャネルを持つダイバータ脚部である。結果は、CTH内におけるNRDストライクラインパターンの頑健性を示す一方で、配位がダイバータ配位であるかリミター配位であるかを決定する根底にあるカオス的端部構造も示す。この研究は、NRDのための機械構造に関する将来の設計の取り組みを支援する。

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