Divertor detachment is a promising method to solve the power exhaust problem in tokamak devices or even in future magnetic fusion reactors. In this work, a detachment experiment (HL-2A shot #38008) with mixed gas seeding (60% nitrogen and 40% deuterium) is simulated using the SD1D module in BOUT++. In the process from attachment to detachment, the target electron temperature and the target ion saturation current in simulations are found to be consistent with the experimental results measured by Langmuir probes on the target plate. In order to understand the underlying detachment mechanism on HL-2A, this work analyses the role of different particle species in the cases with different seeding rates. It shows that the plasma density varies little and the density of neutrals ( and ) slightly decreases with the increase of nitrogen seeding rate, such that plasma–neutral interactions cannot effectively reduce plasma energy and plasma momentum in the divertor. The case with a high seeding rate predicts that increasing seeding rate cannot reach a target temperature lower than , which is the required temperature for strong plasma–molecule interactions. Thus, the plasma–molecule interactions may not be important in the divertor during nitrogen seeding. This work also studies the parallel forces including (1) force due to the parallel electric field, (2) friction forces, (3) ion- and electron-thermal forces, and (4) collisional reactions (e.g. charge exchange recombination and ionisation). It is found that the friction force between nitrogen ions and other particle species (primarily ) is the dominant force towards the target, while ion- and electron-thermal forces are the dominant force pushing nitrogen ions back to upstream. Parallel forces determine the parallel distribution of nitrogen impurities, and therefore decide the region of nitrogen radiation.
ダイバータ・ディタッチメントは、トカマク装置や将来の磁気核融合炉における出力排熱問題を解決する有望な方法である。本研究では、混合ガスシーディング（60% 窒素および 40% 重水素）を伴うディタッチメント実験（HL-2A ショット #38008）を、BOUT++ の SD1D モジュールを用いてシミュレーションした。アタッチメントからディタッチメントへの過程において、シミュレーションでのターゲット電子温度とターゲットイオン飽和電流は、ターゲット板上のラングミュアプローブによって測定された実験結果と一致することが見いだされた。HL-2A におけるディタッチメントの背後にある機構を理解するために、本研究では異なるシーディング率のケースにおける異なる粒子種の役割を分析する。これは、窒素シーディング率の増加に伴い、プラズマ密度はほとんど変化せず、中性粒子（ と ）の密度はわずかに減少することを示しており、そのためプラズマ–中性粒子相互作用はダイバータ内のプラズマエネルギーとプラズマ運動量を効果的に減少させることができない。高いシーディング率のケースは、シーディング率を増加させても、強いプラズマ–分子相互作用に必要な温度である よりも低いターゲット温度に到達できないことを予測する。したがって、窒素シーディング中のダイバータにおいてプラズマ–分子相互作用は重要ではない可能性がある。また、本研究では、(1) 平行電場による力、(2) 摩擦力、(3) イオンおよび電子熱力、および (4) 衝突反応（例えば、電荷交換再結合および電離）を含む平行方向の力を研究する。窒素イオンと他の粒子種（主に ）との間の摩擦力がターゲット方向への支配的な力であり、一方、イオンおよび電子熱力が窒素イオンを上流側へ押し戻す支配的な力であることが見いだされた。平行方向の力は窒素不純物の平行方向分布を決定し、したがって窒素放射の領域を決定する。