다양한 디버터 조건에서 KSTAR SOL 영역의 운동량, 파워 손실 및 디버터 분리 현상의 비대칭 분석

Abstract

디버터 분리 현상에 대한 물리적 이해를 도모하고자 SOLPS-ITER 코드를 활용하여 KSTAR 플라즈마에서 upstream 전자밀도 스캔을 진행하였다. 입자균형 분석에 따르면 높은 밀도에서는 전하교환, 전자충돌 이온화, 분자해리, 재결합 반응을 포함하는 EIRENE 코드에서의 플라즈마-중성종 반응에 의한 손실항들이 분리현상을 촉진시킨다. SOLPS-ITER 결과를 low-recycling, high-recycling, detached의 세 가지 디버터 조건에서 각각 후처리하였다. 이 디버터 조건은 upstream 전자밀도 스캔에 따른 타겟으로 입사되는 이온 입자속의 크기 변화를 기준으로 선택하였다. 입자, 운동량, 파워 균형을 flux tube와 나란한 방향과 수직인 방향에 대해 source 항들을 나눠서 분석하였다. Near-SOL에서는 지름방향의 확산에 의한 열, 운동량, 입자 손실이 EIRENE 반응에 의한 source 항과 비슷한 크기를 가지며, basic two-point model (2PM)에서의 가정과는 달리 무시될 수 없다. Basic 2PM은 낮은 upstream 밀도에서는 비교적 타겟 물리량을 잘 예측하나, 높은 upstream 밀도 조건에서는 잘 맞지 않게 되어 향후 다른 장치에서의 양상을 예측하기 위해 외삽하는데 쓰기에 어려움이 있다. Two-point formatting equation (2PMF)은 volumetric 반응들을 손실항으로 고려하는 모델로서 이를 SOLPS와 비교하였다. 2PMF에서 타겟 물리량들은 volumetric 손실항들에 의해 대부분 보정이 된다. 자속 팽창, 이온-전자 온도 불균형, Bohm 쉬스 조건 등에 의한 ‘기타’ 손실항들이 세부적인 보정을 한다. SOLPS에서 진행된 밀도스캔 결과에 따르면, outer 디버터가 inner 디버터보다 상대적으로 낮은 upstream 밀도조건에서 디버터 분리 현상을 보인다. 이러한 양상은 2017년 KSTAR 디버터 분리 실험의 결과에서 관측한 것과 정성적으로 일치한다. -