A thermography inversion algorithm has been developed in the open-source Python-based computer code, HYPERION, to calculate the heat flux incident on plasma-facing components (PFCs) in axisymmetric tokamaks. The chosen mesh size at the surface significantly affects the calculated transient heat flux results. The calculated transient heat flux will exceed the real value when the mesh size tends to zero but will underestimate the real value when the mesh size is large. A criterion for determining the appropriate mesh size for the transient heat flux calculation will be discussed. The numerical scheme for HYPERION uses a 2D fully implicit finite-difference approach, allowing temperature-dependent thermal properties of PFC materials. The inversion algorithm is benchmarked against established heat flux calculation codes, TACO and THEODOR, based on thermography data from NSTX and DIII-D respectively. The primary benefits of HYPERION compared to TACO and THEODOR are that it is open-source and it allows for the optimization of mesh thickness along the substrate. The algorithm also accounts for the thermal properties of thin surface layers that characteristically form on PFCs due to plasma-material interactions. The agreement between HYPERION and THEODOR is excellent, as the percent difference between the codes is ∼5% on average in the case of the DIII-D data for moderate to high heat flux. Verification tests with TACO show slightly higher average percent differences of 8% and 12%. In using HYPERION to study filaments in heat flux, the initial results indicate that small ELMs filaments significantly broaden the divertor heat flux, and decrease divertor peak flux. Compared to the inter-ELM, the small ELM filaments decrease the divertor peak surface temperature. With intermittent divertor filaments, the divertor heat flux width is comparable with that found in L-mode.
オープンソースのPythonベースのコンピュータコードHYPERIONにおいて、軸対称トカマクのプラズマ対向機器(PFCs)に入射する熱流束を計算するためのサーモグラフィ逆変換アルゴリズムが開発された。表面で選択されるメッシュサイズは、計算される過渡熱流束の結果に大きく影響する。計算される過渡熱流束は、メッシュサイズがゼロに近づくと実値よりも大きくなり、メッシュサイズが大きいと実値を過小評価する。過渡熱流束計算のための適切なメッシュサイズを決定する基準について議論する。HYPERIONの数値スキームは2次元完全陰解法有限差分法を用いており、PFC材料の温度依存性のある熱特性を許容する。この逆変換アルゴリズムは、それぞれNSTXおよびDIII-Dからのサーモグラフィデータに基づいて、確立された熱流束計算コードであるTACOおよびTHEODORに対してベンチマークされている。TACOおよびTHEODORと比較したHYPERIONの主な利点は、オープンソースであることと、基板に沿ったメッシュ厚さの最適化が可能であることである。また、このアルゴリズムは、プラズマ-材料相互作用によりPFC上に特徴的に形成される薄い表面層の熱特性も考慮する。HYPERIONとTHEODORの一致は優れており、中程度から高熱流束の場合のDIII-Dデータにおいて、コード間のパーセント差は平均約5%である。TACOによる検証試験では、平均パーセント差がやや高く、8%および12%を示す。HYPERIONを用いて熱流束中のフィラメントを研究する際、初期結果は、小型ELMフィラメントがダイバータ熱流束を大幅に広げ、ダイバータのピーク熱流束を減少させることを示している。ELM間と比較して、小型ELMフィラメントはダイバータのピーク表面温度を低下させる。間欠的なダイバータフィラメントがある場合、ダイバータ熱流束幅はLモードで見られるものに匹敵する。