This paper introduces STRIPE (Simulated Transport of RF Impurity Production and Emission), an advanced modeling framework developed to analyze material erosion and the global transport of eroded impurities originating from radio-frequency (RF) antenna structures in magnetic confinement fusion devices. STRIPE integrates multiple physics modules: SolEdge3x for scrape-off-layer plasma profiles, COMSOL for 3D RF rectified sheath potentials, RustBCA for erosion yields and surface interactions, and global impurity transport for 3D ion energy-angle distributions and impurity transport. The framework is applied to an ion cyclotron RF-heated L-mode discharge (#57877) in the WEST tokamak, where it predicts a thirty-fold increase in gross tungsten erosion at antenna limiters during the transition from ohmic to ICRH operation. Additionally, under ICRH conditions, a tenfold enhancement in erosion is observed when comparing RF sheath effects to purely thermal sheath conditions. High-charge-state oxygen ions ( and above) are identified as the dominant contributors to tungsten sputtering. To validate the model, a synthetic diagnostic tool based on inverse photon efficiency (S/XB coefficients) from the ColRadPy collisional-radiative model enables direct comparison with spectroscopic measurements. Model predictions using a plasma composition of 1% oxygen and 99% deuterium show good agreement with observed W − I (400.9 nm) emission for discharge #57877, supporting the accuracy of the STRIPE framework. This study focuses specifically on gross erosion calculations to demonstrate STRIPE’s capabilities. Future extensions of this work will incorporate net erosion, re-deposition, self-sputtering effects, and whole-device modeling of sputtered tungsten impurity transport. STRIPE is also being applied to other RF-heated linear and toroidal devices, offering valuable insights for antenna design, impurity control, and performance optimization in next-generation fusion reactors.
本論文では、磁気閉じ込め核融合装置における高周波（RF）アンテナ構造に由来する材料侵食と、侵食された不純物のグローバル輸送を解析するために開発された先進的モデリングフレームワークであるSTRIPE（Simulated Transport of RF Impurity Production and Emission）を紹介する。STRIPEは、スクレイプオフ層プラズマプロファイルのためのSolEdge3x、3次元RF整流シース電位のためのCOMSOL、エロージョン収量と表面相互作用のためのRustBCA、そして3次元イオンエネルギー角度分布と不純物輸送のためのグローバル不純物輸送という、複数の物理モジュールを統合する。このフレームワークはWESTトカマクにおけるイオンサイクロトロンRF加熱Lモード放電（#57877）に適用され、オーミックからICRH運転への遷移中に、アンテナリミッターでのグロスタングステン侵食の30倍の増加を予測する。さらに、ICRH条件下では、RFシース効果を純粋な熱シース条件と比較すると、エロージョンの10倍の増強が観察される。高電荷状態の酸素イオン（ 以上）がタングステンスパッタリングの主要な寄与因子として同定された。モデルを検証するために、ColRadPy衝突放射モデルからの逆光子効率（S/XB係数）に基づく合成診断ツールが、分光測定との直接比較を可能にする。1%酸素と99%重水素のプラズマ組成を用いたモデル予測は、放電#57877で観測されたW−I（400.9 nm）発光とよく一致し、STRIPEフレームワークの正確性を裏付けている。本研究は、STRIPEの能力を実証するために、具体的にグロス侵食計算に焦点を当てている。この研究の将来の拡張では、ネット侵食、再堆積、自己スパッタリング効果、およびスパッタされたタングステン不純物輸送の全装置モデリングを組み込む予定である。STRIPEはまた、他のRF加熱線形およびトロイダル装置にも適用されており、次世代核融合炉におけるアンテナ設計、不純物制御、性能最適化に貴重な洞察を提供している。