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Multiscale numerical study of the ELM-induced sputtering on the tungsten castellated divertor gap

Guo-jian Niu, Gakushi Kawamura, Shu-yu Dai, Zhong-shi Yang, Fang Ding, Qian Xu, Rong Wang, Tao He, Guang-Nan Luo2024年Nuclear FusionIF 3出版社

Material sputtering and erosion are key issue in fusion science. In the steady state, tungsten sputtering can be maintained at a low level. However, tungsten is seriously sputtered by the hot plasma from edge localized mode (ELM) bursts. The time evolution and spatial distribution of sputtering on the divertor gap are still not clear. This unclearness influences the understanding of ELM-induced sputtering and the explanation of experimental phenomenon. In this study, the evolution of tungsten flux generated by ELM burst is obtained via hybrid multiscale simulation and a double-peak of tungsten flux is found. The first peak is produced by the ELM electrons, which provides great sheath potential, and the second peak is generated by the energetic ions from ELM. The castellated divertor gap (CDG) can influence the tungsten sputtering distribution due to the change of the impacting angle. The sputtering and erosion on CDG are more serious than that on the mono-block top, but the tungsten source from the gap is very insignificant because the gap size is small. The simulation results are compared with EAST experiments and a qualitative consistency is obtained.

日本語訳

材料のスパッタリングと侵食は核融合科学における重要な問題である。定常状態では、タングステンのスパッタリングは低いレベルに維持され得る。しかしながら、タングステンは周辺局在モード(ELM)バーストからの高温プラズマによって深刻にスパッタリングされる。ダイバータギャップにおけるスパッタリングの時間発展と空間分布は依然として明らかではない。この不明瞭さは、ELM誘起スパッタリングの理解と実験現象の説明に影響を与えている。本研究では、ハイブリッドマルチスケールシミュレーションによりELMバーストによって生成されるタングステンフラックスの時間発展を得て、タングステンフラックスの二重ピークが発見された。第一のピークは、大きなシース電位を提供するELM電子によって生じ、第二のピークはELMからの高エネルギーイオンによって生成される。キャステレーション型ダイバータギャップ(CDG)は、衝突角度の変化によりタングステンのスパッタリング分布に影響を与え得る。CDG上のスパッタリングと侵食はモノブロック上面よりも深刻であるが、ギャップサイズが小さいため、ギャップからのタングステン源は非常にわずかである。シミュレーション結果はEAST実験と比較され、定性的な一致が得られた。

装置

east中精度(概要文一致)

wiki

DivertorTungstenEdge localized mode
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