Simulation study of power load with impurity seeding in advanced divertor "short super-X divertor" for a tokamak reactor

トカマク炉のための先進ダイバータ配位における不純物導入による熱負荷低減シミュレーション

朝倉 伸幸; 星野 一生; 清水 勝宏; 新谷 吉郎*; 宇藤 裕康; 徳永 晋介; 飛田 健次; 大野 哲靖*

Asakura, Nobuyuki; Hoshino, Kazuo; Shimizu, Katsuhiro; Shinya, Kichiro*; Uto, Hiroyasu; Tokunaga, Shinsuke; Tobita, Kenji; Ono, Noriyasu*

ダイバータ設計において、平衡コイルの配置を工夫してダイバータ板への磁力線の連結長を増加する「先進ダイバータ」の検討が注目されている。非常に大きな熱流の低減が求められる原型炉のダイバータ設計への適応を考察するため、コイル配置とプラズマ平衡配位の検討し1-2コのインターリンクコイルを設置することで、小型化したスーパーXダイバータ設計が可能であることを示した。さらに、上記のShort-SXDについてダイバータプラズマのシミュレーションを開始した。通常と異なるダイバータや磁力線の形状における計算用メッシュの作成を行い、500MWのプラズマ熱流が周辺部に排出される条件で、アルゴンガスを入射することで放射損失パワーを92%程度まで増加することにより、完全非接触ダイバータが生成する結果が得られた。標準磁場形状のダイバータでは同条件で完全非接触ダイバータは得らレなかったことから、磁場形状の工夫によるダイバータプラズマ制御の効果を明らかにした。最大ピーク熱負荷も標準形状のダイバータと比較して10MW/m程度に低減できたが、プラズマ熱流よりも再結合プロセスが寄与するため、このプロセスのモデリング検討が重要と思われる。

Arrangements of interlink divertor coils and divertor geometries for short super-X was proposed as the Demo advanced divertor design. Performance of plasma detachment under the large heat flux was investigated to optimize the divertor design, using SONIC simulation with Ar impurity seeding, where Pout = 500 MW, ne = 710 m at the core-edge boundary and the same diffusion coefficients for ITER simulation. Effects on the plasma temperature and density distributions were compared to the conventional divertor. The first run results with the same radiation power fraction of 0.92 in the conventional divertor showed that full detached plasma is produced, the maximum radiation region was maintained upstream the divertor target, and both the plasma heat load plus radiation load at the target was reduced to 10 MWmm level. Simulation for the lower radiation power fractions of 0.8-0.9 was also performed, and physics issues of the short super-X divertor are discussed.