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1. 待定 | SOLPS-ITER模拟HL-2M中粒子聚集对雪花减偏滤器功率耗散的影响

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1. 题目
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1. 发表期刊：Nuclear Materials and Energy
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1. 作者：张彦杰，桑超峰，李佳鲜，郑国尧，张晨，刘道远，王德真
1. 摘要：
  QSCA：
功率耗散以及降低靶板侵蚀是目前偏滤器设计遇到的主要问题，HL-2M装置计划采用SFD（snowflake divertor）解决上述问题。
为深入理解SFD在等离子体脱靶上的优势，通过SOLPS-ITER程序着重研究了磁位型对中性粒子与杂质输运的影响。
对比两种位型（SD（standard divertor）和SFD）发现，SFD外靶板比SD在更低的上游电子密度实现脱靶。
主要原因是，SFD可以增加偏滤器区域中性粒子和碳杂质聚集，因此增加偏滤器辐射功率，进而获得更好的杂质屏蔽效果。
模拟结果表明，靶板的几何形状联合磁场位型对对中性和杂质聚集也起到了非常重要的作用，详细分析了中性氘及低价碳在偏滤器区域功率耗散的作用。
最后，探究了SFD通过增加输入功率，模拟并讨论了SFD在高功率下的偏滤器等离子体的表现。这将为未来聚变装置提供有价值的信息。

内容介绍

1. 分隔条
1. 主要结果
  
  fig 1 两种磁位型网格以及壁结构轮廓（a 为SD， b为SFD）

HL-2M装置，计划采用SFD位型。其中SF- （snowflake minus）位型可强烈增加外偏滤器流扩张，进而增大等离子体与靶板的接触面积，显著降低靶板沉积热流与沉积粒子流。最终实现降低靶板沉积热流和降低靶板侵蚀的效果。

fig 3 两种位型主要等离子参数的密度扫描

与SD相比，SFD在外偏滤器有更低的电子温度、沉积热流、沉积粒子流和更高的辐射功率。

fig 5 SFD外偏滤器区域高再循环区域导致其在外靶板附近极向粒子流显著增加

SFD外靶板附近强烈的再循环导致该区极向粒子流显著增加，这表明在SFD中会有更多的再循环中性粒子（氘原子、碳原子以及氘分子）在该区域聚集，同时会溅射出更多的碳杂质。

fig 6 靶板几何结构与磁场位型的联合导致了中性粒子（氘原子、氘分子）在SFD在外靶板被有效捕获，但是在SD发生强烈的泄露。

由于靶板几何结构的影响，D原子和D分子在SFD被有效捕获，进而增加中性辐射功率。然而，在SD中，D氘原子和D分子大部分通过抽气口泄漏出偏滤器区域。

fig 8 两种位型C粒子流密度、D粒子流密度以及C电离源和极向速度静止点的连线（红色实线）分布

相同边界电子密度情况下，SFD外偏滤器碳杂质返流被有效抑制，而在SD中外偏滤器发生明显的碳杂质流返转。SFD外偏滤器强烈的D粒子流裹挟C杂质，进而抑制杂质返流。另外根据电离源和极向速度静止点的相对位置（处于静止点以下的电离的碳离子会沉积在靶板附近，否则会泄露到上游），可以发现SFD中碳杂质绝大部分会沉积在靶板附近，而在SD中有很大一部分碳杂质会泄露到上游。

fig10 随着输入功率增加，与SD相比，SFD可以显著降低外靶板电子温度与沉积热流，同时显著增加外偏滤器的总辐射

即使在高输入功率下，SFD依然能够显著降低外靶板的电子温度和沉积热流。且随着输入功率的增加，外偏滤器区域碳杂质辐射的主导作用逐渐增强。这表明SFD在高功率下依然有更好的表现，可以为未来聚变装置提供有价值的信息。

1. 致谢：
  
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作者简介

fen'lan