Safe and reliable operation is still one of the major challenges in the development of the new generation of ITER-like fusion reactors. The deposited plasma energy during major disruptions, edge-localized modes (ELMs) and vertical displacement events (VDEs) causes significant surface erosion, possible structural failure and frequent plasma contamination. While plasma disruptions and ELM will have no significant thermal effects on the structural materials or coolant channels because of their short deposition time, VDEs having longer-duration time could have a destructive impact on these components. Therefore, modelling the response of structural materials to VDE has to integrate detailed energy deposition processes, surface vaporization, phase change and melting, heat conduction to coolant channels and critical heat flux criteria at the coolant channels. The HEIGHTS 3D upgraded computer package considers all the above processes to specifically study VDE in detail. Results of benchmarking with several known laboratory experiments prove the validity of HEIGHTS implemented models. Beryllium and tungsten are both considered surface coating materials along with copper structure and coolant channels using both smooth tubes with swirl tape insert. The design requirements and implications of plasma facing components are discussed along with recommendations to mitigate and reduce the effects of plasma instabilities on reactor components.
安全かつ信頼性の高い運転は、次世代のITER型核融合炉の開発における主要な課題の一つである。大規模ディスラプション、周辺局在モード（ELM）、および垂直変位事象（VDE）の際に堆積するプラズマエネルギーは、重大な表面損耗、構造破壊の可能性、および頻繁なプラズマ汚染を引き起こす。プラズマディスラプションおよびELMは、その堆積時間が短いため構造材料や冷却材に重大な熱的影響を及ぼさないが、より長い持続時間を有するVDEは、これらの構成要素に破壊的な影響を及ぼす可能性がある。したがって、VDEに対する構造材料の応答をモデル化するには、詳細なエネルギー堆積プロセス、表面蒸発、相変化および溶融、冷却材チャネルへの熱伝導、ならびに冷却材チャネルにおける限界熱流束基準を統合する必要がある。HEIGHTS 3D改良型コンピュータパッケージは、VDEを詳細に研究するために上記のすべてのプロセスを考慮している。いくつかの既知の実験とのベンチマーキング結果は、HEIGHTSに実装されたモデルの妥当性を証明している。ベリリウムおよびタングステンの両方が表面被覆材料として考慮され、銅構造体およびスワールテープ挿入を備えた平滑管を用いた冷却材チャネルとともに検討されている。プラズマ対向材料の設計要件と影響について、炉構成要素に対するプラズマ不安定性の影響を緩和および低減するための推奨事項とともに議論する。