Radial transport modeling of high density deuterium plasmas in proto-MPEX with the B2.5-Eirene code

Abstract

1. 高密度（ $>1^{19}m^{-3}$ ）,低温（2-6eV）回旋波放电，在Proto-MPEX通过B2.5-EIRENE进行分析
1. LP，mach probes，DTS
1. 研究加热，加料，等离子体产物，从抽气的影响。假设径向输运，计算密度和温度分布；等离子体flow 剖面和功率平衡
1. 假设三种径向输运系数：
- 空间常数
- 径向缩减
- Bhom(D~Te/|B|)
1. Bohm 系数倾向随挥着r的增加而减小
1. 轴向bohm系数主要依赖轴向磁场结构
1. 与实验对比发现，Proto-MPEX的输运是bohm diffusion主导的

Introduction

1. 为了模拟偏滤器相关等离子体态。需要实现高的上游热流和高再循环态
1. D气，导致在靶板电子密度增加，降低电子温度，和偏滤器的高再循环态等离子体
1. refs4 表明MPEX可以实现热流20MW/m2上游密度 $6^{19}m^{-3}$
1. absorbed heating power
1. 反常输运系数： $D=0.75,\chi_{e,i}=1.5m^{2}.s^{-1}$
1. SOLPS已经应用于PSI-I,MAGNUM-PSI,PSI-2,MAGPIE,MPEX和Proto-MPEX
1. 本工作关注输运系数的影响
1. 之前的工作关注模拟LPD

DESCRIPTION OF PROTO-MPEX, NUMERICAL TOOLS AND DIAGNOSTICS

1. 铜线圈水冷，最大磁场2T
1. 脉冲持续时间0.15s~2s
1. 高热流（>10MW/m2）高粒子流（~ $10^{24} m^{2}/s$ ）,即使在低密度放电
1. 近期实现（ $~*\times 10^{19}m^{-3}$ ）高密度放电。通过电子bernstein波，离子回旋加热，靶板区域反应堆相关的靶板等离子体是可以获得的
1. 碳相关和靶板分子反射发生在300K
1. 粒子和能量反射系数来自TRIM
1. 追击直到发生价态改变或者被surface吸收
1. 分子和原子过程
  
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1. 反射、吸收、解析率依赖入射角度，能量和入射粒子和表面材料的影响
1. 等离子体-中性反应率依赖：等离子体密度和温度，等离子体和中性种类，中性速度分布
  
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Boundary conditions and plasma heating distributions

1. 假设在最后一个网格和沿着场线的solid surface之间存在鞘层。
1. 靶板下游mach 数接近1，在等离子体产生的区域mach数接近0（回旋天线）
1. dump靶板处的mach数为0.5
1. 径向参数输运系数
1. outer boundary of the grid 通过平均密度温度的衰减长度确定。
1. 径向衰减长度存在强烈的轴向依赖
1. code中只提供轴向参数缩放长度
1. $\lambda_{T}=1.5cm, \lambda_{n}=0.75cm$ (目的是为了匹配芯部数据)
1. bohm model，（ $\lambda_{T}=1.0cm,\lambda_{n}=0.5cm$ ）更接近边缘加热的导致的密度和温度峰值，径向梯度可能变的陡峭
1. 外侧网格的动量方程边界条件平行速度是 zeros shear
1. 由于边界指定一致的再循环系数，等离子体到达边界，再循环成中性，降低能量，同时进入等离子体。
1. 在r=0的等离子体区域加进径向梯度消失
1. 对应的粒子、动量、能流为零
1. 在几个轴向位置发现径向剖面并非种子在轴心
1. 计算剖面拟合将会是圆形的
1. 只需要对原始的边界条件进行些许调整outer radial boundary of the plasma
1. 为了匹配数据，需要调整粒子和能量输运系数的量级对于空间参数和bhom 系数以及中性的peak 设置以及量级
1. 空间轴向和径向的居中峰值设置由电子温度和磁场控制。
  热扩散和离子扩散系数的比值设置为2.0，修改离子扩散系数，实现bhom
1. 加热功率剖面
  
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  mesh
1. 基于等离子体密度
1. TGmode不能在密度在~1e18的范围传播，芯部通过helicon mode加热，TG主要对低密度边界进行加热。
1. TG加热可能会导致边界剖面的峰值
1. 模拟表明，更强的边界功率沉积
1. 边界靶板温度0.026eV
1. 通过修改albedo或者再循环系数研究抽气速率的影响
1. 再循环系数和抽气表面： 0.8；290.6 $cm^{2}$
1. 在扩张腔室为310 $cm^{2}$
1. 在中心腔室0.99653（area8786 $cm^{2}$ ）
1. 在空间常数输运系数recy=0.993，为了获得更好的密度数据拟合（靠近dump target plate）