A new comprehensive module to simulate heat fluxes from three-dimensional (3D) magnetic fields has been implemented in the HEAT code. Especially compact tokamaks like SPARC require tools to predict and manage large heat fluxes. Existing release versions of HEAT can only simulate axisymmetric heat flux on 3D plasma facing components. The new module uses an M3D-C1 perturbed equilibrium and the MAFOT code to trace field lines of the perturbed 3D magnetic field. Heat flux is then assigned to the resulting footprints via a 3D layer model. The model distinguishes between the scrape-off layer, the magnetic lobes and the private flux region, and employs only 0D parameters like the layer width, diffusive spread and the last closed flux surface position in the perturbed edge to generate a heat flux profile. The magnitude is normalized to the total input power. Resulting heat flux simulations are compared and validated against infrared measurements in the DIII-D tokamak with applied 3D fields; good agreement is found for several cases. The new module can now be applied to the SPARC tokamak; a preliminary result for applied rotating 3D fields is shown.
新しい包括的なモジュールがHEATコードに実装され、三次元(3D)磁場からの熱流束をシミュレートできるようになった。特にSPARCのようなコンパクトトカマクは、大きな熱流束を予測および管理するためのツールを必要とする。既存のHEATリリース版は、3Dプラズマ対向機器上の軸対称熱流束のみをシミュレートできる。新しいモジュールは、M3D-C1摂動平衡とMAFOTコードを用いて、摂動を受けた3D磁場の磁力線を追跡する。その後、熱流束は、3D層モデルを介して得られたフットプリントに割り当てられる。このモデルは、スクレイプオフ層、磁気ローブ、プライベートフラックス領域を区別し、摂動を受けた周辺部における層幅、拡散広がり、最終閉磁気面位置といった0Dパラメータのみを用いて熱流束プロファイルを生成する。その大きさは全入力電力に正規化される。得られた熱流束シミュレーションは、3D磁場を印加したDIII-Dトカマクにおける赤外線計測と比較・検証され、いくつかのケースで良い一致が見られる。新しいモジュールは現在SPARCトカマクに適用可能であり、印加された回転3D磁場に関する予備的結果が示されている。