The present work is focused on a 3D numerical assessment of the Wendelstein 7-X (W7-X) particle exhaust. For all the numerical simulations the direct simulation Monte Carlo solver of the DIVGAS workflow, has been employed. The complex 3D geometry of the sub-divertor region includes the pumping gap panel, supporting structures, cooling pipes as well as the cryo-vacuum pump. All the considered flow simulations correspond to the Standard magnetic configuration of W7-X. The main conclusions, which can be extracted from the present numerical analysis could be summarized as follows; The coupling between EMC3-EIRENE and DIVGAS, which considers the fact that the incoming neutral particle flux at the sub-divertor is based on realistic plasma background, has been demonstrated. Three plasma scenarios have been considered, for which is clearly seen that by increasing the heating power, the neutral pressure as well as the resulting pumping efficiency is increased. The obtained numerical results of the neutral pressure in the sub-divertor lie within a more general scan matrix, which assumes a wider range of incoming particle flux, namely 1019–1024 (s−1). It has been observed that, the sub-divertor neutral pressure is proportional to the incoming neutral particle flux, with the effective pumping speed to be a constant of proportionality. The influence of switching off the cryo-vacuum pump on the sub-divertor pressure is rather modest and a weak increase of the neutral pressure in the sub-divertor is expected. Correlations of the sub-divertor pressure with the total incoming particle flux as well as the individual pumped flux at each of the AEH and AEP sections have been deduced. Moreover, it has been demonstrated that the influence of the incoming neutral particle flux on the albedo coefficient at the AEH and AEP pumping gaps is rather weak. All the above numerical findings will actively support the optimization of the W7-X particle exhaust, in view of future experimental campaigns.
本研究は、Wendelstein 7-X (W7-X) の粒子排気に関する3次元数値評価に焦点を当てたものである。すべての数値シミュレーションには、DIVGASワークフローの直接シミュレーションモンテカルロソルバーが使用された。サブダイバータ領域の複雑な3次元形状には、ポンピングギャップパネル、支持構造物、冷却管、および低温真空ポンプが含まれる。考慮されたすべての流れシミュレーションは、W7-Xの標準磁気配位に対応している。本数値解析から導出できる主な結論は、以下のように要約される。サブダイバータへの流入中性粒子フラックスが現実的なプラズマ背景に基づくことを考慮するEMC3-EIRENEとDIVGASの連成が実証された。3つのプラズマシナリオが検討され、加熱電力を増加させることで、中性圧力および結果として得られる排気効率が増加することが明確に示された。サブダイバータ内の中性圧力に関して得られた数値結果は、より広範囲の流入粒子フラックス、すなわち1019–1024 (s−1) を仮定する、より一般的なスキャンマトリックス内に位置する。サブダイバータ中性圧力は流入中性粒子フラックスに比例し、実効排気速度が比例定数となることが観察された。低温真空ポンプを停止した場合のサブダイバータ圧力への影響はかなり穏やかであり、サブダイバータ内の中性圧力の弱い増加が予想される。サブダイバータ圧力と、総流入粒子フラックスおよびAEH・AEPの各セクションにおける個別の排気フラックスとの相関関係が導出された。さらに、流入中性粒子フラックスがAEHおよびAEPポンピングギャップにおけるアルベド係数に及ぼす影響はかなり弱いことが実証された。以上の数値的知見はすべて、将来の実験キャンペーンを見据えたW7-X粒子排気の最適化を積極的に支援するものである。