Predictive modelling of the heat flux distribution on ITER tungsten divertor monoblocks is a critical input to the design choice for component front surface shaping and for the understanding of power loading in the case of small-scale exposed edges. This paper presents results of particle-in-cell (PIC) simulations of plasma interaction in the vicinity of poloidal gaps between monoblocks in the high heat flux areas of the ITER outer vertical target. The main objective of the simulations is to assess the role of local electric fields which are accounted for in a related study using the ion orbit approach including only the Lorentz force (Gunn et al 2017 Nucl. Fusion57 046025). Results of the PIC simulations demonstrate that even if in some cases the electric field plays a distinct role in determining the precise heat flux distribution, when heat diffusion into the bulk material is taken into account, the thermal responses calculated using the PIC or ion orbit approaches are very similar. This is a consequence of the small spatial scales over which the ion orbits distribute the power. The key result of this study is that the computationally much less intensive ion orbit approximation can be used with confidence in monoblock shaping design studies, thus validating the approach used in Gunn et al (2017 Nucl. Fusion57 046025).
ITERタングステンダイバータモノブロック上の熱流束分布の予測モデリングは、コンポーネント前面形状の設計選択、および小規模な露出エッジの場合の電力負荷の理解にとって重要な入力である。本論文は、ITER外側垂直ターゲットの高熱流束領域におけるモノブロック間のポロイダルギャップ近傍のプラズマ相互作用の粒子インセル（PIC）シミュレーションの結果を提示する。シミュレーションの主な目的は、イオン軌道アプローチをローレンツ力のみを含めて用いた関連研究（Gunn et al 2017 Nucl. Fusion57 046025）で考慮されている局所電場の役割を評価することである。PICシミュレーションの結果は、いくつかの場合において電場が正確な熱流束分布の決定において明確な役割を果たすとしても、バルク材料への熱拡散を考慮に入れると、PICまたはイオン軌道アプローチを用いて計算された熱応答は非常に類似していることを実証している。これは、イオン軌道が電力を分配する空間スケールが小さいことの結果である。本研究の主要な結果は、計算負荷がはるかに小さいイオン軌道近似がモノブロック形状設計研究において信頼して使用でき、これによりGunn et al（2017 Nucl. Fusion57 046025）で使用されたアプローチが検証されることである。