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New heat flux model for non-axisymmetric divertor infrared structures

A. Wingen, D. Orlov, T.E. Evans, I. Bykov, T.M. Wilks2021年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

A convective heat flux model for perturbed plasmas, based on guiding center ion drift in vacuum fields (Wingen, et al 2014 Phys. Plasmas 21 012509), has been updated. The old model only considered ion heat flux, while here also electron heat flux is included. The updated model predicts divertor heat flux distributions in non-axisymmetric (3D) plasmas with applied resonant magnetic perturbation fields, and includes electric scalar potentials. It is found that a radial electric field in the near scrape-off layer can considerably shift the footprints toroidally, leading to a smearing out effect of the incident heat flux, while a simple model for sheath potential has little impact on footprints. Various approaches to model electron heat flux are studied. A convective electron model, based on collisionless free streaming, is found to yield the best agreement with measurements, while a conductive model requires a flat temperature gradient inside lobes to yield acceptable peak heat flux values. A heuristic heat flux layer approach, based on a fixed layer width also requires a limited heat flux inside the last closed flux surface (LCFS); by selecting various locations of the LCFS, the results of the conductive or convective model can be recovered respectively. The sum of ion and electron heat fluxes, both obtained by the convective model, is compared to experimental data for multiple time slices in DIII-D. Strike point splitting is observed with peak heat fluxes and layer widths that compare well to infrared camera measurements.

日本語訳

摂動プラズマに対する対流熱流束モデルは、真空磁場中の案内中心イオンドリフトに基づくものであり(Wingen, et al 2014 Phys. Plasmas 21 012509)、更新された。旧モデルはイオン熱流束のみを考慮していたが、ここでは電子熱流束も含まれる。更新されたモデルは、印加された共鳴磁場摂動を伴う非軸対称(3D)プラズマにおけるダイバータ熱流束分布を予測し、電気スカラーポテンシャルを含む。スクレイプオフ層近傍の径方向電場がフットプリントをトロイダル方向にかなりシフトさせ、入射熱流束のスミアリング効果をもたらすことが見出されたが、シースポテンシャルの単純なモデルはフットプリントにほとんど影響を与えない。電子熱流束をモデル化するための様々なアプローチが研究されている。無衝突自由ストリーミングに基づく対流電子モデルが測定と最もよく一致することが見出されたが、伝導モデルは許容可能なピーク熱流束値を得るためにローブ内部の平坦な温度勾配を必要とする。固定層幅に基づくヒューリスティックな熱流束層アプローチも、最終閉磁気面(LCFS)内部の熱流束を制限する必要がある;LCFSの様々な位置を選択することにより、伝導モデルまたは対流モデルの結果をそれぞれ再現できる。対流モデルによって得られたイオン熱流束と電子熱流束の合計は、DIII-Dにおける複数の時間スライスについて実験データと比較される。ストライク点の分裂が観測され、そのピーク熱流束と層幅は赤外線カメラ測定とよく一致する。

装置

diii-d中精度(概要文一致)

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Divertor
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