无锂靶材低回收 Scrape-off Layer 的 gyrokinetic 模拟
等离子体物理
2025-11-13 v1
摘要
低回收制度具有高边缘温度和低边缘密度的优势，有利于核心约束。然而，由于显著增强的热流，排放问题将变得严重。此外，在低回收制度下，常规流体模拟可能无法捕捉 Scrape-off Layer (SOL) 等离子体的物理，此时需要进行动力学计算。本文通过进行 Kinetic 和流体模拟，我们探讨了在 Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) 的磁场几何中实现低回收制度的可行性；动力学效应被证明是 SOL 动力学的关键决定因素。模拟结果表明，即使减弱靶材并非由低回收材料制成，也可实现高 SOL 温度和低 SOL 密度。这可以通过使用低回收材料作为壁材料来实现。这是一个重要的步骤，旨在演示低回收情景的可行性。锂是一种常用的低回收材料，在高热流下容易蒸发，这会抵消实现高温、低密度制度的目的，而能耐受高热流的材料通常具有高回收率。Gyrokinetic 与流体模拟结果的比较表明，可以利用动力学效应来解决低回收 SOL 所面临的一些问题。具体而言，动力学模拟显示出对杂质在喷管区域的更好约束，以及由于漂移效应导致的热流宽度更大的扩大。杂质约束有助于防止核心被喷射污染，更宽的热流宽度有助于在无脱离的情况下降低靶材处的峰值热负荷。
引用
@article{arxiv.2511.09437,
title = {Gyrokinetic Simulations of a Low Recycling Scrape-off Layer without a Lithium Target},
author = {Akash Shukla and Jonathan Roeltgen and Michael Kotschenreuther and David R. Hatch and Manaure Francisquez and James Juno and Tess N. Bernard and Ammar Hakim and Gregory W. Hammett and Swadesh M. Mahajan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.09437},
year = {2025}
}