Gyrokinetic 与流体 SOL 贪流层模拟的直接比较

通常用于托卡马克引擎设计的流体仿真，但流体模型仅在 SOL 高度碰撞时有效，该假设在许多当前实验中有效，但在计划用于燃烧等离子体和核聚变试点厂的高功率场景中存疑。本文报告了针对 Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) 核聚变试点厂的参数和几何形态进行的流体与动力学 SOL 仿真的比较。SOLPS-ITER (流体) 和 Gkeyll (gyrokinetic) 代码以二维轴对称模式运行，该模式用 ad-hoc 扩散系数取代湍流。在动力学仿真中，我们观察到上游 SOL 中的离子经历显著的镜像捕获。这在显著提高上游温度方面具有重要意义，并对杂质动力学产生重要影响。我们表明镜像力——在 SOLPS 的流体方程形式中被排除——会增强沿场线方向的静电势垢。我们也表明，常用流体代码所做的假设——即主离子与杂质温度相等——是无效的。这些效应的组合导致在动力学仿真中对杂质的约束优于流体仿真，与我们先前的预测一致。该效应可能显著，使中场 PL 杂质密度降低几个数量级。这些结果表明，在类反应堆条件下，下游杂质密度的可接受值可能高于流体仿真所预测的水平，这允许在避免核心污染的前提下实现更高的辐射功率。我们的结果凸显了在核聚变试点厂的托卡马克引擎设计和优化中进行动力学仿真的重要性。