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Accès ouvert déclaré 2025 article

Direct comparison of gyrokinetic and fluid scrape-off layer simulations

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Rattachement africain : us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Typically, fluid simulations are used for tokamak divertor design. However, fluid models are only valid if the scrape-off layer (SOL) is highly collisional. This assumption is valid in many present-day experiments but is questionable in the upstream SOL of some high-power scenarios envisioned for burning plasmas and fusion pilot plants. This paper reports on comparisons between fluid and kinetic simulations of the SOL for upstream parameters and geometry representative of the Spherical Tokamak for Energy Production fusion pilot plant. The SOLPS-ITER (fluid) and Gkeyll (gyrokinetic) codes are operated in a two-dimensional axisymmetric mode, which replaces turbulence with ad-hoc diffusivities. In kinetic simulations, we observe that the ions in the upstream SOL experience significant mirror trapping. This substantially increases the upstream temperature and has important implications for impurity dynamics. We show that the mirror force, which is excluded in SOLPS’s fluid equations, enhances the electrostatic potential drop along the field line in the SOL. We also show that the assumption of equal main ion and impurity temperatures, which is made in commonly used fluid codes, is invalid for the regimes explored here. The combination of these effects results in superior confinement of impurities to the divertor region in kinetic simulations, consistent with our earlier predictions [Kotschenreuther et al., in 29th IAEA 29 Fusion Energy Conference (IAEA, London, UK, 2023)]. This effect can be dramatic, reducing the midplane impurity density by orders of magnitude. These results indicate that in lower collisionality SOL’s the tolerable downstream impurity densities may be higher than would be predicted by fluid simulations, allowing for higher radiated power while avoiding unacceptable core contamination. Our results highlight the importance of kinetic simulations for divertor design and optimization for fusion pilot plants.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Direct comparison of gyrokinetic and fluid scrape-off layer simulations
Date Crossref
01/07/2025
Éditeur
AIP Publishing
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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