Recent developments to the M3D-C1 code enable higher fidelity modeling of disruptions, and can be applied in the design verification of reactor-scale tokamaks. Among these new capabilities is a method to mesh conducting vessel structures such as coils and passive plates, packing of the toroidal mesh around gas injectors, as well as anisotropic resistivity inside the vessel structures. We present extended-magnetohydrodynamic (MHD) simulations of disruption mitigation via massive gas injection (MGI) in SPARC. The goal of this study is to inform the disruption mitigation layout of SPARC and aid in the design of an effective gas injector configuration. Fully three-dimensional simulations with M3D-C1 are carried out for various injector configurations with the primary goal of determining the effect of different MGI parameters on heat loads and vessel forces. The simulations include a model for impurity ionization, recombination, advection and radiation, as well as spatially resolved conducting structures around the plasma. A localized mixture of deuterium and neon with a small toroidal and poloidal width is injected in up to six locations. We demonstrate that M3D-C1 can model a rapid shutdown via MGI using narrow and more realistic gas plumes than in previous simulations. As a result of the q = 1 surface in the SPARC baseline case a sawtooth is observed early in the simulations. Despite the sawtooth and the onset of edge MHD instabilities, the impurity distribution remains localized around the injector locations, but enables a radiative shutdown of the plasma. We find that using the maximum of six gas injectors results in a lower peaking factor and leads to a more even distribution of radiation toroidally than using two injectors.
M3D-C1コードの最近の開発により、ディスラプションの高忠実度モデリングが可能になり、炉規模トカマクの設計検証に適用できる。これらの新しい機能の中には、コイルや受動板などの導電性容器構造をメッシュ化する方法、ガス入射器周りのトロイダルメッシュの充填、および容器構造内部の異方性抵抗率が含まれる。我々は、SPARCにおける大量ガス入射 (MGI) によるディスラプション緩和の拡張磁気流体力学 (MHD) シミュレーションを提示する。この研究の目的は、SPARCのディスラプション緩和レイアウトに情報を提供し、効果的なガス入射器構成の設計を支援することである。M3D-C1を用いた完全三次元シミュレーションは、様々な入射器構成に対して実施され、主な目的は、異なるMGIパラメータが熱負荷と容器力に及ぼす影響を決定することである。シミュレーションには、不純物の電離、再結合、移流、および放射のモデルと、プラズマ周辺の空間分解された導電性構造が含まれる。トロイダル方向およびポロイダル方向の幅が小さい局在化した重水素とネオンの混合ガスが、最大6箇所から入射される。我々は、M3D-C1が、以前のシミュレーションよりも狭窄でより現実的なガスプルームを用いたMGIによる急速停止をモデル化できることを実証する。SPARCベースラインケースのq = 1表面の結果として、シミュレーションの初期に鋸歯状振動が観測される。鋸歯状振動および周辺MHD不安定性の発生にもかかわらず、不純物分布は入射器位置周辺に局在したままであるが、プラズマの放射による停止を可能にする。我々は、最大6つのガス入射器を使用すると、2つの入射器を使用する場合よりもピーキング係数が低くなり、トロイダル方向の放射分布がより均一になることを見出す。