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Boundary condition effects on runaway electron mitigation coil modeling for the SPARC and DIII-D tokamaks

V.A. Izzo, A. Battey, R.A. Tinguely, R. Sweeney, C. Hansen2024年6月Nuclear FusionIF 3出版社

Extended-MHD modeling of planned Runaway Electron Mitigation Coils (REMC) for SPARC and DIII-D is performed with the NIMROD code. A coil has been designed for each machine, with the two differing in shape and location, but both having n = 1 symmetry (with n the toroidal mode number). Compared to previous modeling efforts, three improvements are made to the simulations boundary conditions. First a resistive wall model is used in place of an ideal wall. Second, the ThinCurr code is used to compute the time-dependent 3D fields used as magnetic boundary conditions for the simulations. Third, the simulation boundary is moved from the first-wall location to the Vacuum Vessel (VV), which extends the boundary past the location of the internal REMC. To remove the 3D coil from the simulation domain, an equivalent set of 3D fields is calculated at the VV boundary that produce approximately the same field distribution at the last closed flux surface assuming vacuum between the two. Each of these three boundary condition improvements leads to an improvement in the predicted performance of the REMC for both machines. The resistive wall alone primarily effects the resonance of the coil with the plasma after the TQ, affecting the q-profile evolution in the SPARC modeling, and allowing the applied spectrum to be modified in response to the plasma in the DIII-D modeling. The movement of the simulation boundary has the most significant effect on the RE confinement overall, including in the early stages, particularly for a DIII-D inner wall limited equilibrium, where the RE loss fraction increases from 90% to 99%, with SPARC RE losses also occurring much earlier when the boundary is placed at the VV.

日本語訳

SPARCおよびDIII-D向けに計画されている逃走電子緩和コイル(REMC)の拡張MHDモデリングを、NIMRODコードを用いて実施した。各装置に対して1つのコイルが設計されており、この2つは形状と設置場所が異なるが、両方ともn=1対称性を有する(nはトロイダルモード数)。以前のモデリング取り組みと比較して、シミュレーションの境界条件に3つの改良が加えられている。第一に、理想壁の代わりに抵抗性壁モデルが使用されている。第二に、シミュレーションの磁気境界条件として使用される時間依存3D場を計算するために、ThinCurrコードが使用されている。第三に、シミュレーション境界が第一壁位置から真空容器(VV)へ移動され、これにより境界が内部REMCの位置を越えて拡張される。3Dコイルをシミミュレーション領域から除去するために、VV境界において等価な3D場のセットが計算され、この3D場は、両者間の真空を仮定して、最終閉鎖磁束面上にほぼ同じ場分布を生成する。これら3つの境界条件の改良は、それぞれ両装置におけるREMCの予測性能の向上につながる。抵抗性壁だけでも、主にTQ後のプラズマとコイルの共鳴に影響を与え、SPARCモデリングにおけるqプ ロファイルの時間発展に影響を与え、DIII-Dモデリングでは印加スペクトルをプラズマに応じて変更することを可能にする。シミミュレーション境界の移動は、初期段階を含むRE閉じ込め全体に最も大きな影響を与える。特にDIII-Dの内壁リミター平衡では、RE損失割合が90%から99%に増加し、SPARCでも境界をVVに置いた場合、RE損失がはるかに早く発生する。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DRunaway electronSPARC

AIによる論文要約

トカマクにおけるランナウェイ電子緩和コイルのモデリングの境界条件の影響
JAトカマク物理研究者、プラズマ制御技術開発者が対象です。ランナウェイ電子の挙動予測や緩和手法の検討に役立つ知見が含まれています。#トカマク #ランナウェイ電子 #MHDモデリング #境界条件

この論文では、SPARC およびDIII-Dトカマクのランナウェイ電子緩和コイルのMHDモデリングを行っています。境界条件の改善により、コイルの共振や RE 閉じ込めなどの予測精度が向上しました。トカマク研究者にとって重要な知見が得られています。

ENThis paper is targeted at fusion researchers working on runaway electron mitigation in tokamaks. It provides insights into the importance of accurate boundary conditions in modeling REMC performance, which is crucial for the design and operation of these systems.#RunawayElectronMitigation #BoundaryConditions #FusionResearch #SPARC #DIIID #Tokamak

This paper models the effects of boundary conditions on runaway electron mitigation coils (REMC) for the SPARC and DIII-D tokamaks. The authors improved the simulations by using a resistive wall model, computing time-dependent 3D fields, and moving the simulation boundary to the vacuum vessel. These changes led to better predictions of REMC performance, including earlier runaway electron losses.

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