This paper presents self-consistent three-dimensional (3D) plasma transport simulations in the boundary of stellarator W7-X obtained with the Monte Carlo code EMC3-EIRENE for three typical island divertor configurations. The chosen 3D grid consists of relatively simple nested finite toroidal surfaces defined on a toroidal field period and covering the whole edge topology, which includes closed surfaces, islands and ergodic regions. Local grid refinements account for the required high resolution in the divertor region. The distribution of plasma density and temperature in the divertor region, as well as the power deposition profiles on the divertor plates, are shown to strongly depend on the island geometry, i.e. on the position and size of the dominant island chain. Configurations with strike-point positions closer to the gap of the divertor chamber generally favour the neutral compression in the divertor chamber and hence the pumping efficiency. The ratio of pumping to recycling fluxes is found to be roughly independent of the separatrix density and is thus a figure of merit for the quality of the configuration and of the divertor system in terms of density control. Lower limits for the achievable separatrix density, which determine the particle exhaust capabilities in stationary conditions, are compared for the three W7-X configurations.
本論文は、モンテカルロコードEMC3-EIRENEを用いて得られた、ステラレータW7-Xの境界における自己無撞着な三次元（3D）プラズマ輸送シミュレーションを、3つの典型的なアイランドダイバータ配位について提示する。選択された3Dグリッドは、トロイダル磁場周期上に定義され、閉磁気面、アイランド、エルゴード領域を含む境界全体を覆う、比較的単純な有限ネストトロイダル面から構成される。局所的なグリッド細分化により、ダイバータ領域における要求される高解像度が確保される。ダイバータ領域におけるプラズマ密度と温度の分布、ならびにダイバータ板上の熱流束分布は、アイランドの幾何学的形状、すなわち支配的なアイランドチェーンの位置とサイズに強く依存することが示される。ストライク点位置がダイバータチャンバーのギャップに近い配位は、一般にダイバータチャンバー内の中性粒子閉じ込めを促進し、したがって排気効率を向上させる。排気フラックスとリサイクリングフラックスの比は、セパラトリクス密度にほぼ依存しないことが見出され、したがって密度制御の観点から見た配位およびダイバータシステムの品質を表す指標となる。定常状態における粒子排気能力を決定する、達成可能なセパラトリクス密度の下限値が、3つのW7-X配位について比較される。