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DSMC simulations of neutral gas flow in the DTT particle exhaust system

C. Tantos, S. Varoutis, C. Day, L. Balbinot, P. Innocente, F. Maviglia2022年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Divertor Tokamak Test Facility (DTT) is a new European superconducting tokamak, currently under final design, addressed to investigate alternative power exhaust solutions for DEMO. Although the divertor system is not finalized yet, the machine and port geometry set limitations on the divertor pumping system operational space. A numerical study of neutral gas dynamics in the divertor region is performed based on the DSMC method by applying the DIVGAS code. The study includes both single-null (SN) and double-null (DN) divertor configurations. For both configurations, the SolEdge2D–EIRENE plasma simulations have been performed for a deuterium plasma with neon seeding and the extracted information about the neutral particles on the predefined interfaces is imposed as incoming boundary conditions for DIVGAS simulations. In the SN case, two plasma puffing scenarios and three candidate pumping port arrangements have been considered. The divertor dome influence on the pumped fluxes can reach 50%. An increase of the capture coefficient six times leads to a decrease in the pressure at the pumping openings by a factor of about 4.5–7. The influence of the size of the lower vertical opening has been studied showing that the enlarged vertical port may establish as the main pumping opening. In the DN case, when the pumping is performed from both lower and upper divertor the overall pumped fluxes at the upper divertor are always higher than the corresponding ones for the lower divertor by a factor of 2–2.5, mainly due to the difference in the pumping areas. In both SN and DN cases, the neutrals outflux toward the X-point dominates the particle transport in the private flux region. The operational space provided by this first assessment is relatively stable against modified classical divertor geometries and allows a more thorough assessment of the pumping technology of the DTT fusion device in the future.

日本語訳

Divertor Tokamak Test Facility (DTT) は、現在最終設計段階にある新しい欧州の超伝導トカマクであり、DEMO のための代替パワー排気ソリューションを調査することを目的としている。ダイバータシステムはまだ最終化されていないが、機器およびポートの形状は、ダイバータ排気システムの動作空間に制約を課している。ダイバータ領域における中性ガス力学の数値研究は、DIVGAS コードを適用した DSMC 法に基づいて実施された。この研究には、シングルヌル(SN)およびダブルヌル(DN)ダイバータ構成の両方が含まれる。両構成について、ネオンシーディングを伴う重水素プラズマに対して SolEdge2D–EIRENE プラズマシミュレーションが実施され、事前に定義された界面における中性粒子について抽出された情報が、DIVGAS シミュレーションの流入境界条件として課された。SN の場合、2つのプラズマパフィングシナリオと3つの候補排気ポート配置が考慮された。排気フラックスに対するダイバータドームの影響は50%に達し得る。捕獲係数を6倍に増加させると、排気開口部での圧力は約4.5~7分の1に減少する。下部垂直開口部のサイズの影響が研究され、拡大された垂直ポートが主要な排気開口部として確立され得ることが示された。DN の場合、下部および上部ダイバータの両方から排気が行われるとき、上部ダイバータでの総排気フラックスは、主に排気面積の差により、対応する下部ダイバータのものよりも常に2~2.5倍高い。SN および DN の両方の場合において、Xポイントに向かう中性粒子の流出フラックスが、プライベートフラックス領域における粒子輸送を支配する。この最初の評価によって提供される動作空間は、修正された古典的ダイバータ形状に対して比較的安定であり、将来の DTT 核融合装置の排気技術のより徹底的な評価を可能にする。

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