The interaction between plasma, neutrals and surfaces in fusion reactors is of immense importance for heat and particle control, especially for the next generation of devices. Heat loads of are expected for steady state operation at ITER and up to in slow transient situations. To study the complex physics appearing between the plasma and the divertor material, as well as techniques for heat flux mitigation, plasma linear devices are employed. Magnum-PSI, located at DIFFER, can reproduce the heat and particle loads expected at ITER. However, due to the complexity of the plasma–wall interaction, numerical models are required to better understand the experiments and to extrapolate the results to a tokamak divertor configuration. For tokamak geometries, SOLPS-ITER (formerly known as B2.5-Eirene) is employed to solve the plasma and neutral distribution in a coupled way. However, the utilization of this code for linear devices is not straightforward. Thus, a neutral module was developed with linear devices in mind, named Eunomia. Nevertheless, there is still a relevant interest in using SOLPS-ITER with linear devices, as it allows to easily transfer knowledge about relevant atomic and molecular processes close to the surface and the effect of different mitigation techniques. This work presents a systematic comparison between the two neutral modules, Eirene and Eunomia, in stand-alone and coupled runs. Special attention is paid to the implementation of plasma-neutral interactions, in which both codes diverge significantly. The sources of particles and energy that are used by B2.5 in a coupled run are analysed. Significant differences in the implementation of electron impact ionization, molecular assisted recombination and proton–molecule elastic collisions lead to disparate sources of particles and energy and, in some cases, differences in the distribution of neutrals achieved by each code. Moreover, a double counting in proton–atom collisions was identified in Eunomia as a result of this analysis, artificially increasing the plasma-neutral sink of energy. This would lead to different plasma evolutions in coupled runs. Nevertheless, additional-free parameters in both coupled code suites leave sufficient freedom to match experimental data. Additional data would be required to further constrain these parameters and the coupled solution.
プラズマ、中性粒子、および表面の間の相互作用は、核融合炉において熱と粒子の制御にとって極めて重要であり、特に次世代装置において重要である。定常運転時には熱負荷が に達すると予想され、ITERではゆっくりとした過渡的な状況では に達すると予想される。プラズマとダイバータ材料の間で生じる複雑な物理、ならびに熱流束緩和のための技術を研究するために、線形プラズマ装置が用いられる。オランダのDIFFER研究所に設置されたMagnum-PSIは、ITERで予想される熱負荷と粒子負荷を再現することができる。しかしながら、プラズマ-壁相互作用の複雑さのため、実験をより深く理解し、その結果をトカマクダイバータ配置に外挿するには、数値モデルが必要である。トカマク形状に対しては、SOLPS-ITER（旧称B2.5-Eirene）がプラズマと中性粒子の分布を連成方式で解くために用いられる。しかしながら、このコードを線形装置に適用することは容易ではない。そこで、線形装置を念頭に置いて開発された中性粒子モジュールがEunomiaと命名された。それにもかかわらず、SOLPS-ITERを線形装置で使用することには依然として重要な関心が寄せられている。なぜなら、これにより、表面近傍での関連する原子・分子過程や、様々な緩和技術の効果に関する知識を容易に移転できるからである。本研究では、2つの中性粒子モジュールであるEunomiaとEireneを、スタンドアロン運転および連成運転の両方で系統的に比較する。特に、両コードが大きく異なるプラズマ-中性粒子相互作用の実装に注目する。連成運転においてB2.5によって使用される粒子およびエネルギーのソース項を分析した。電子衝突電離、分子活性化再結合、および陽子-分子弾性衝突の実装における有意な差異が、粒子およびエネルギーのソース項の相違、場合によっては各コードによって達成される中性粒子分布の相違につながることが明らかになった。さらに、この分析の結果、Eunomiaにおいて陽子-原子衝突における二重計上が特定され、これによりプラズマ-中性粒子間のエネルギーシンクが人為的に増大していた。これは連成運転におけるプラズマの時間発展の相違につながる可能性がある。それにもかかわらず、両方の連成コードスイートにおける追加の自由パラメータにより、実験データを適合させる十分な柔軟性が確保されている。これらのパラメータをさらに制約し、連成解を検証するには、追加のデータが必要である。