Development of impurity seeding for divertor power flux handling in Wendelstein 7-X long pulse scenarios - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Poster De Conférence Année : 2019

Development of impurity seeding for divertor power flux handling in Wendelstein 7-X long pulse scenarios

Développement de l'ensemencement d'impuretés pour la gestion du flux de puissance du divertor dans les scénarios d'impulsions longues Wendelstein 7-X

H. Frerichs
J.C. Schmitt
  • Fonction : Auteur

Résumé

The handling and mitigation of high power fluxes onto the 3D-shaped main plasma facing components (PFCs) is an issue of critical importance during future long-pulse operations at Wendelstein 7-X (W7-X). Unmitigated heat fluxes would exceed critical material limits of currently 8 MWm-2 in attached phases and during plasma start-up. Higher plasma pressure and the evolution of the toroidal net-currents change the edge magnetic field geometry, shifting and focusing the strike lines on weaker parts of the divertor, risking overloading and melting in specific scenarios. This restricts the operational and configurational space for long-pulse operation. To address these issues and reduce the peak power fluxes and increase the widths of the wetted area, methods of power spreading and power dissipation are currently being developed. A promising technique is radiative power exhaust with seeded impurities. Experiments with neon (Ne) and nitrogen (N2) seeding in the standard island divertor configuration have demonstrated that the island divertor allows for stable plasma operation at enhanced radiative power losses reducing the power fluxes to the divertors by ~70% at the expense of a maximum loss in energy confinement of DtE≈15%. To prepare for long-pulse plasma scenarios seeding experiments have also been performed in configurations mimicking the evolution of the toroidal net-currents and plasma equilibrium effects by carefully adjusting the vacuum magnetic fields. The results show that the edge island geometry strongly determines the power and impurity exhaust and may be carefully adjusted to optimize for more stable and safe high radiative divertor operation. The effects of the magnetic field and impurities on the peak power fluxes and power widths will be discussed. 3D transport modeling with EMC3-EIRENE is used to analyze these effects and resolve the underlying main transport features. In particular, impurity seeding will be discussed with respect to its aim and suitability of detachment control in future long-pulse operations.
La gestion et l'atténuation des flux de haute puissance sur les principaux composants face au plasma (PFC) en forme de 3D est un problème d'importance critique lors des futures opérations à impulsions longues à Wendelstein 7-X (W7-X). Les flux de chaleur non atténués dépasseraient les limites matérielles critiques de 8 MWm-2 actuellement dans les phases attachées et pendant le démarrage du plasma. Une pression de plasma plus élevée et l'évolution des courants nets toroïdaux modifient la géométrie du champ magnétique de bord, déplaçant et concentrant les lignes de grève sur les parties les plus faibles du divertor, risquant de surcharger et de fondre dans des scénarios spécifiques. Cela limite l'espace opérationnel et de configuration pour un fonctionnement à impulsions longues. Pour résoudre ces problèmes et réduire les flux de puissance de crête et augmenter les largeurs de la zone mouillée, des méthodes de répartition et de dissipation de puissance sont actuellement développées. Une technique prometteuse est l'échappement de puissance radiative avec des impuretés ensemencées. Des expériences d'ensemencement de néon (Ne) et d'azote (N2) dans la configuration standard du divertor en îlot ont démontré que le divertor en îlot permet un fonctionnement stable du plasma avec des pertes de puissance radiatives améliorées, réduisant les flux de puissance vers les divertors d'environ 70% au détriment d'un perte maximale en confinement d'énergie de DtE≈15%. Pour se préparer à des scénarios de plasma à impulsions longues, des expériences d'ensemencement ont également été réalisées dans des configurations imitant l'évolution des courants nets toroïdaux et les effets d'équilibre du plasma en ajustant soigneusement les champs magnétiques du vide. Les résultats montrent que la géométrie de l'îlot périphérique détermine fortement la puissance et l'échappement des impuretés et peut être soigneusement ajustée pour optimiser un fonctionnement plus stable et plus sûr du divertor radiatif élevé. Les effets du champ magnétique et des impuretés sur les flux de puissance de crête et les largeurs de puissance seront discutés. La modélisation 3D du transport avec EMC3-EIRENE est utilisée pour analyser ces effets et résoudre les principales caractéristiques de transport sous-jacentes. En particulier, l'ensemencement d'impuretés sera discuté en ce qui concerne son objectif et la pertinence du contrôle de détachement dans les futures opérations à impulsions longues.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03750211 , version 1 (11-08-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03750211 , version 1

Citer

Florian Effenberg, T. Barbui, Sebastijan Brezinsek, Y. Feng, H. Frerichs, et al.. Development of impurity seeding for divertor power flux handling in Wendelstein 7-X long pulse scenarios. The 19th International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-19), Oct 2019, La Jolla, United States. ⟨hal-03750211⟩
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