Stand-off runaway electron termination by injected tungsten particulates offers a plausible option in the toolbox of disruption mitigation. Tungsten is an attractive material choice for this application due to large electron stopping power and high melting point. To assess the feasibility of this scheme, we simulate runaway collisions with tungsten particulates using the MCNP program for incident runaway energies ranging from 1 to 10 MeV. We assess runaway termination from energetics and collisional kinematics perspectives. Energetically, the simulations show that 99% of runaway beam energy is removed by tungsten particulates on a timescale of 4–9 µs. Kinematically, the simulations show that 99% of runaways are terminated by absorption or backscattering on a timescale of 3–4 µs. By either metric, the runaway beam is effectively terminated before the onset of particulate melting. Furthermore, the simulations show that secondary radiation emission by tungsten particulates does not significantly impact the runaway termination efficacy of this scheme. Secondary radiation is emitted at lower particle energies than the incident runaways and with a broad angular distribution such that the majority of secondary electrons emitted will not experience efficient runaway re-acceleration. Overall, the stand-off runaway termination scheme is a promising concept as a last line of defense against runaway damage in ITER, SPARC, and other future burning-plasma tokamaks.
スタンドオフ・ランナウェイ電子終端は、注入されたタングステン微粒子により、ディスラプション緩和のツールボックスにおいて有力な選択肢を提供する。タングステンは、大きな電子阻止能と高い融点のため、この用途において魅力的な材料選択肢である。この方式の実現可能性を評価するため、MCNPプログラムを用いて、入射ランナウェイエネルギーが1〜10 MeVの範囲でのランナウェイ電子とタングステン微粒子との衝突をシミュレートする。我々は、エネルギー論的および衝突運動学的観点からランナウェイ終端を評価する。エネルギー的には、シミュレーションは、ランナウェイ・ビームエネルギーの99%が4〜9 µsの時間スケールでタングステン微粒子によって除去されることを示す。運動学的には、シミュレーションは、ランナウェイ電子の99%が3〜4 µsの時間スケールで吸収または後方散乱によって終端されることを示す。どちらの指標によっても、ランナウェイ・ビームは微粒子の溶融開始前に効果的に終端される。さらに、シミュレーションは、タングステン微粒子による二次放射線放出が、この方式のランナウェイ終端効果に大きな影響を与えないことを示す。二次放射線は、入射ランナウェイ電子よりも低い粒子エネルギーで、かつ広い角度分布を持って放出されるため、放出された二次電子の大部分は効率的なランナウェイ再加速を受けない。全体として、スタンドオフ・ランナウェイ終端方式は、ITER、SPARC、およびその他の将来の燃焼プラズマ・トカマクにおけるランナウェイ損傷に対する最後の防衛線として有望な概念である。