Dedicated H-mode hydrogen experiments has been conducted at DIII-D and are compared to a similar deuterium dataset under a range of divertor conditions, revealing significant effects of the isotope mass on divertor conditions and pedestal behavior. H-mode confinement is found to be systematically lower in hydrogen and experiences a more pronounced degradation with increased fueling. Hydrogen is found to have a higher ne,sep at similar fueling rates. When comparing hydrogen and deuterium discharges under similar divertor regimes, the hydrogen cases are shown to have a higher electron density and lower electron temperature in the outer divertor. Hydrogen and deuterium density ramps demonstrate a 20% higher ion current and of a 17% higher upstream density at detachment onset in hydrogen. The trends of divertor conditions with isotope mass through detachment are studied through a 2 point model analysis and detailed 2D interpretive SOLPS-ITER modeling. Both approaches are able to reproduce key experimental trends. Highlighted in the modeling are a significant role of the ion sound speed, the momentum balance, and carbon sputtering and radiation. An analysis of the particle source in the 2D modeling confirms a higher core particle source for hydrogen, consistent with the experimental hydrogen pedestal structure. However, deuterium is shown to have a lower ionization mean free path at the target than in hydrogen at the same upstream density, contrary to expected scaling with isotope mass. An experimental analysis of the pedestal stability and neutral fueling demonstrates that neither of these effects are sufficient to explain the pedestal differences between isotopes nor the hydrogen pedestal structure respectively. These results indicate that increasing ion mass is likely beneficial for divertor performance in future devices, reducing heat and particle fluxes as well as the ne,sep required for detachment.
DIII-Dにおいて専用のHモード水素実験が実施され、これを多様なダイバータ条件下での同様の重水素データセットと比較したところ、同位体質量がダイバータ条件とペデスタル挙動に及ぼす有意な効果が明らかになった。Hモード閉じ込めは水素において系統的に低く、燃料供給の増加に伴ってより顕著な劣化を示すことが見出された。水素は同様の燃料供給率でより高い ne,sep を有することが見出された。同様のダイバータ領域における水素と重水素の放電を比較すると、水素の場合、外側ダイバータでより高い電子密度とより低い電子温度を示すことが示された。水素と重水素の密度ランプは、水素において剥離開始時に20%高いイオン電流と17%高い上流密度を示す。剥離を通した同位体質量に対するダイバータ条件の傾向は、2点モデル解析と詳細な2次元解釈的SOLPS-ITERモデリングによって研究された。両アプローチは主要な実験傾向を再現することができる。モデリングで強調されるのは、イオン音速、運動量バランス、炭素スパッタリングと放射の重要な役割である。2次元モデリングにおける粒子源の解析は、水素のより高いコア粒子源を確認し、実験的な水素ペデスタル構造と一致する。しかし、重水素は同じ上流密度において水素よりもターゲットでの電離平均自由行程が低いことが示され、これは同位体質量による期待されるスケーリングに反する。ペデスタル安定性と中性粒子燃料供給の実験的解析は、これらの効果のいずれも、同位体間のペデスタル差または水素ペデスタル構造をそれぞれ説明するには十分でないことを実証している。これらの結果は、イオン質量の増加が将来の装置におけるダイバータ性能にとっておそらく有益であり、熱および粒子フラックスならびに剥離に必要な ne,sep を低減することを示している。