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Impact of drift flows and turbulence on island divertor operation in Wendelstein 7-X

Carsten Killer, Dario Cipciar, Arun Pandey, Valeria Perseo, Floris Scharmer, Seung Gyou Baek, Olaf Grulke, David Matthew Kriete, Felix Reimold, Adrian von Stechow2026年5月Nuclear FusionIF 3出版社

The island divertor in Wendelstein 7-X employs a chain of stationary magnetic islands to separate the confined plasma from the divertor targets. In this configuration, the scrape-off layer (SOL) exhibits complex patterns of counter-propagating bi-normal E × B plasma flows with typical velocities of a few km s−1. Due to the long parallel connection length in the island divertor, such flows can well compete or dominate parallel transport on the open field lines to the divertor targets, which could significantly alter heat and particle flux patterns. Reversed field experiments clearly indicate an important role of drift flows for density distributions in the SOL and at the divertor. These effects cannot be reproduced by state-of-the-art models such as EMC3-EIRENE, where drift flow physics is not yet included. The mismatch between experiment and simulation poses a critical challenge in predicting heat loads for optimizing W7-X divertor operation at higher heating powers, and for the design of future stellarator reactors. In a separatrix plasma density scan in attached plasmas, a complex picture emerges: drift flow velocities decrease slightly towards higher densities, and divertor heat loads become more up-down symmetric. However, the density distributions in the SOL and at the divertor still diverge from expectations. The role of turbulent transport as another cross-field transport mechanism in this context is explored.

日本語訳

Wendelstein 7-Xのアイランド・ダイバータは、一連の定常磁気島を用いて閉じ込めプラズマとダイバータ標的を分離している。この配置では、スクレイプオフ層(SOL)は、典型的な速度が数 km s−1の、逆方向に伝播するバイノーマル E × B プラズマ流の複雑なパターンを示す。アイランド・ダイバータにおける長い平行接続長のため、そのような流れは、ダイバータ標的へ向かう開いた磁力線上の平行輸送と十分に競合し得るか、あるいは支配し得る。これは熱および粒子束パターンを著しく変化させ得る。磁場反転実験は、SOLおよびダイバータにおける密度分布に対するドリフト流の重要な役割を明確に示している。これらの効果は、ドリフト流物理がまだ含まれていないEMC3-EIRENEのような最先端モデルでは再現できない。実験とシミュレーションの不一致は、より高い加熱パワーにおけるW7-Xダイバータ運転を最適化するための熱負荷の予測、および将来のステラレーター炉の設計において、重大な課題を提起する。付着プラズマにおけるセパラトリックスプラズマ密度スキャンでは、複雑な状況が浮かび上がる。すなわち、ドリフト流速度は高密度に向かってわずかに減少し、ダイバータ熱負荷はより上下対称になる。しかし、SOLおよびダイバータでの密度分布は依然として期待から乖離している。この文脈では、もう一つの横断磁場輸送機構としての乱流輸送の役割が探求される。

装置

wendelstein-7x高精度(タイトル一致)

wiki

DivertorWendelsteinIsland divertor

AIによる論文要約

W7-Xにおけるドリフト流と乱流がアイランドダイバータ動作に及ぼす影響
JA核融合プラズマ物理研究者、特にステラレータ設計やダイバータ物理に携わる方#Wendelstein7X #ダイバータ #ドリフト流 #乱流 #核融合
LLM向け: {"Title": "Impact of drift flows and turbulence on island divertor operation in …

W7-Xのアイランドダイバータは、定常磁気アイランドの鎖を用いて閉じ込めプラズマをダイバータ板から分離します。この構成では、スクレイプオフ層(SOL)に毎秒数kmのE×Bドリフト流が複雑に発生します。平行方向の接続長が長いため、これらの流れはダイバータ板への平行輸送と競合し、熱・粒子フラックスを大きく変える可能性があります。逆磁場実験は、SOLやダイバータの密度分布にドリフト流が重要であることを示していますが、EMC3-EIRENEのような最新モデルではドリフト物理が未実装で、実験とシミュレーションに乖離があります。密度走査では、高密度でドリフト速度が減少し、熱負荷の上下非対称性が減少しますが、密度分布の乖離は残ります。乱流輸送の役割も調査されています。

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