Simulation studies of tungsten impurity behaviors in helium plasma in comparison with deuterium plasma via SOLPS-ITER

物理 等离子体 原子物理学 杂质 核物理学 材料科学 量子力学 冶金
作者
Xiaoju Liu,Shanlu Gao,Qiqi Shi,Tingfeng Ming,Guoqiang Li,Xiang Gao
出处
期刊:Physics of Plasmas [American Institute of Physics]
卷期号:31 (6) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0191960
摘要

The sputtering and transport of tungsten (W) impurities in helium (He) and deuterium (D) plasma discharges are compared using the SOLPS-ITER code. To reduce the computational resources of modeling, W ions are treated using the bundled charge state model. The results show that the W erosion flux of He plasma is almost a factor of two higher than that of D plasma under the same upstream electron density and heating power due to the higher W sputtering yield in He plasma. Moreover, the W self-sputtering flux is significantly higher than the W flux sputtered by the main ions. The leakage and retention of W impurities in the divertor region is also analyzed. W ions mainly escape from the near scrape-off layer (SOL) region through the divertor entrance as the stagnation point of the average W impurity poloidal velocity is considerably closer to the target plates in the near SOL region. Furthermore, the leakage flux of W ions in He plasma is higher than that in D plasma, mainly because of the higher W sputtering level in He plasma, which results in a larger W density. W ions with low-lying charge states, mostly comprising the charge state of W10–12+, easily escape from the divertor through the near SOL flux tubes in both D and He plasmas. In addition, the effects of upstream electron density on W sputtering and retention in He and D plasma discharges are presented.

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