The small-angle slot (SAS) divertor of the DIII-D tokamak, and its upcoming upgrade, the V-shape small-angle slot (SAS-V) divertor, are numerically investigated using the SOLPS-ITER code package, including the effect of particle drifts, for a range of plasma density, heating power, strike point position in the slot, and for both magnetic field directions. The simulations show that the electron temperature near the strike point is reduced in SAS-V compared to SAS, for both magnetic field directions, such that SAS-V achieves divertor detachment at a lower value of the outboard mid-plane separatrix electron density. The detachment threshold is lower because the V-shape focuses recycling neutrals on the V-end, densifying and cooling the plasma in the slot. At sufficiently high density, the V-shape also reduces the radial gradient of the temperature profile at the target, which in turns reduces the radial electric field and the E × B drift velocities, further densifying and cooling the plasma in the slot and leading to detachment. The V-shape effect, however, is reduced for higher heating power. With more heating power, the detachment density increases, reducing the ionization mean free path of recycled neutrals, which therefore become less sensitive to target shape changes. This suggests that in a fusion reactor, where the heating power is high, optimization of the divertor target shape needs to be combined with other strategies to lower the detachment density, such as in-slot injection of low-Z impurities.
DIII-Dトカマクの小角度スロット（SAS）ダイバータと、その次期アップグレード版であるV字型小角度スロット（SAS-V）ダイバータを、SOLPS-ITERコードパッケージを用いて、粒子ドリフトの効果を含め、種々のプラズマ密度、加熱パワー、スロット内ストライク点位置、および両磁場方向について数値的に調査した。シミュレーション結果は、両磁場方向において、SAS-VではSASと比較してストライク点近傍の電子温度が低下し、その結果SAS-Vはより低いアウトボード中平面セパラトリクス電子密度でダイバータ・デタッチメントを達成することを示している。デタッチメント閾値が低下するのは、V字形状がリサイクリング中性粒子をV字端部に集中させ、スロット内のプラズマを高密度化・冷却するためである。十分に高い密度では、V字形状はターゲットにおける温度分布の動径勾配も低減し、これにより動径電場とE×Bドリフト速度が低下し、スロット内のプラズマをさらに高密度化・冷却してデタッチメントに至らせる。しかしながら、V字形状の効果は加熱パワーが高くなると低減する。加熱パワーが大きくなるとデタッチメント密度が上昇し、リサイクリング中性粒子の電離平均自由行程が短くなるため、ターゲット形状の変化に対する感受性が低下する。このことは、加熱パワーが高い核融合炉においては、ダイバータターゲット形状の最適化を、低Z不純物のスロット内注入など、デタッチメント密度を低下させる他の方策と組み合わせる必要があることを示唆している。