Within this research we present a method to speed up the simulation of convective heat loads onto the plasma-facing components (PFCs) of the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator by a factor of approximately with the same statistical precision as compared to the previous standard. The geometric models developed for this are also designed to unravel the complex 3D PFCs onto a 2D picture-like input format which gives access to the full set of image analysis tools like for example wavelet analysis or the applicability of convolutional neural network (CNN) architectures.The significant speedup of heat load calculation allows to simulate a massive data set of heat loads for approximately magnetic configurations in edge rotational transform-radial axis shift space. To first order, plasma dynamic effects like toroidal current development as well as beta effects mainly influence this space which motivates the simulation in this scope.A criterion to evaluate the safety of a magnetic configuration with respect to the convective heat load onto the plasma facing components has been developed taking statistical fluctuations of the simulation into account. This criterion, applied to the introduced data set, provides a map relevant for discharge planning and machine safety.The methods and concepts introduced herein could contribute to the safety evaluation of magnetic confinement devices in general and are not specific for W7-X.
本稿では、Wendelstein 7-X（W7-X）ステラレーターのプラズマ対向機器（PFC）への対流熱負荷のシミュレーションを、従来の標準手法と比較して約[数値]倍高速化する手法を提示する。本手法のために開発された幾何モデルは、複雑な3次元PFCを2次元の画像状入力形式に展開するように設計されており、これによりウェーブレット解析や畳み込みニューラルネットワーク（CNN）アーキテクチャの適用可能性など、画像解析ツールの全機能を利用することが可能となる。熱負荷計算の大幅な高速化により、エッジ回転変換-半径方向シフト空間における約[数値]の磁気配位に対する大規模な熱負荷データセットのシミュレーションが可能となる。一次近似として、トロイダル電流の発生やベータ効果などのプラズマ動力学効果が主にこの空間に影響を及ぼすため、このスコープでのシミュレーションが動機づけられる。プラズマ対向機器への対流熱負荷に関する磁気配位の安全性を評価するための基準が、シミュレーションの統計的変動を考慮して開発された。この基準を導入したデータセットに適用することで、放電計画および機器の安全性に関連するマップが得られる。本稿で導入された手法と概念は、W7-Xに固有のものではなく、一般に磁気閉じ込め装置の安全性評価に貢献し得るものである。