A steady state regime for the tokamak-based DEMO Fusion Neutron Source (DEMO-FNS) with parameters R/a = 3.2 m/1.0 m, B = 5 Т, Ipl = 4–5 MA, PNBI = 30 MW and РECR = 6 МW is studied using coupled simulations of the central and divertor plasma. In our analysis, the divertor plasma state is determined by the values of the heat flux PSOL, the pressure of the neutrals in the divertor p n and the total number of neon particles NNe outside the separatrix. As the boundary conditions for the core plasma, we use the values at the separatrix of the electron density, ne_sep, and temperatures of the ions, Ti_sep, and electrons, Te_sep, the concentration of the neon impurity normalized to the electron density at the separatrix, cNe = ∑ nNe/ne_sep and the hydrogen neutral influx into the core plasma, Γ0sep. In the divertor region, all the values are calculated using the SOLPS4.3 code for a number of operating points (~150 in our case) with different values of PSOL, p n and NNe. Then the calculation results are approximated by analytical formulas. Power balance in the core plasma is calculated using the ASTRA and NUBEAM codes. The hydrogen (deuterium and tritium) density is modelled taking into account the sources generated by the neutrals originating from the divertor region, as well as by injection of fast atoms and pellet injection. The neon density and radiation in the main plasma are simulated using the STRAHL code.As the result of the simulations, the operational regime of DEMO-FNS is determined, in which the heat loading onto the divertor targets remains at the acceptable level below 10 MW m−2, the divertor plasma does not transit into the 'full detachment' mode and the plasma in a double-null separatrix configuration is kept up–down symmetric. Variations of these conditions versus the impurity level and confinement parameters are investigated and discussed.
トカマク型DEMO核融合中性子源（DEMO-FNS）の定常状態 regime を、パラメータ R = 3.2 m、a = 1.0 m、B = 5 T、Ipl = 4–5 MA、PNBI = 30 MW、PECR = 6 MW について、中心プラズマとダイバータプラズマの結合シミュレーションを用いて研究した。本解析では、ダイバータプラズマの状態は、熱流束 PSOL、ダイバータ内の中性粒子圧力 pn、およびセパラトリクス外側のネオン粒子総数 NNe の値によって決定される。中心プラズマの境界条件として、セパラトリクスにおける電子密度 ne_sep、イオン温度 Ti_sep、電子温度 Te_sep、セパラトリクスにおける電子密度で規格化したネオン不純物濃度 cNe = ∑ nNe/ne_sep、および中心プラズマへの水素中性粒子流入量 Γ0sep の値を用いる。ダイバータ領域では、すべての値は SOLPS4.3 コードを用いて、PSOL、pn、NNe の異なる値を持つ多数の運転点（本研究では約150点）について計算される。その後、計算結果は解析式によって近似される。中心プラズマのパワーバランスは ASTRA および NUBEAM コードを用いて計算される。水素（重水素および三重水素）密度は、ダイバータ領域に由来する中性粒子によって生成される源項、ならびに高速原子注入およびペレット注入による源項を考慮してモデル化される。主プラズマ中のネオン密度と放射は STRAHL コードを用いてシミュレーションされる。シミュレーションの結果として、DEMO-FNS の運転 regime が決定される。この regime では、ダイバータターゲットへの熱負荷が許容レベルである 10 MW m−2 以下に維持され、ダイバータプラズマが「完全デタッチメント」モードに遷移せず、かつダブルヌルセパラトリクス配位においてプラズマが上下対称に維持される。これらの条件の変化が不純物レベルおよび閉じ込めパラメータに対してどのように依存するかを調査し、考察する。