ERO2.0 modelling of divertor marker erosion in ASDEX Upgrade L-mode experiments
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-11-18
Department
Major/Subject
Advanced Energy Technologies
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
60
Series
Abstract
Erosion of the inner wall of tokamaks due to sputtering can degrade the plasma performance and increase the maintenance need of the reactor. In this Master’s Thesis, erosion of the divertor surfaces in an experiment conducted at the ASDEX Upgrade (AUG) tokamak has been modelled using the ERO2.0 code for which the necessary sputtering and reflection data was produced using the SDTrimSP code. The results were compared to the previously published experimental data and the validity of the applied assumptions was assessed by varying the simulation parameters. In the experiment, gold markers of two sizes were used as distinguishable proxies for the tungsten wall components and placed in the vicinity of the outer strike point during L-mode plasma discharges in AUG. The larger 5 × 5 mm2 markers were expected to represent the net erosion, as the majority of the eroded particles are re-deposited back to the marker surfaces, while the smaller 1 × 1 mm2 represented gross erosion as particles are expected to be re deposited outside the marker surfaces. For the ERO2.0 simulations in this Thesis, a new background plasma, a new simulation surface configuration, and new energy and angular dependencies for sputtering and reflection data between gold and other particle species were generated to provide improved correspondence to the experimental conditions and more accurate interpretation of the erosion of the gold markers. The revised simulation configuration — particularly the new sputtering data — was found to provide a nearly perfect match to the experimentally determined net erosion rate of the larger marker surfaces. The results for the smaller markers agree with the experimental data in the scrape-off layer, whereas deviations were observed in the private flux region and the vicinity of the strike point. Erosion of gold was caused mainly by background plasma impurities. In comparison to toroidally uniform tungsten surfaces, the simulations suggested that the gold markers overestimated the net erosion of tungsten by a factor of 15–20 due to the generally higher erosion yield of gold and incomplete representation of its re-deposition on the small marker surfaces.Sputteroinnista johtuva sisäseinien eroosio tokamak-reaktoreissa huonontaa reaktorin suorituskykyä ja lisää sen huoltotarvetta. Tässä diplomityössä on mallinnettu diverttorikomponenttien eroosiota ASDEX Upgradella (AUG) toteutetussa kokeessa käyttäen ERO2.0-koodia, jolle sputterointi- ja heijastusdata on tuotettu SDTrimSP-koodilla. Tuloksia verrattiin aiemmin julkaistuun kokeelliseen dataan ja simulaatiossa tehtyjen oletusten edustavuutta tutkittiin muuntelemalla simulaatioasetuksia. Kokeessa kahden kokoisia volframia edustavia, mutta siitä selvästi erotettavissa olevia, kultaisia merkkinäyteitä altistettiin L-moodin plasmapurkauksille AUG:n diverttorin ulkoseinän puoleisella osalla, jossa plasman ja seinän väliset vuorovaikutukset ovat voimakkaimmillaan. Suurempien 5 × 5 mm2 merkkinäytteiden oletettiin edustavan nettoeroosiota suurimman osan erodoituvista hiukkasista palautuessa takaisin merkkinäytteen pinnalle, kun taas pienempien 1 × 1 mm2 merkkinäytteiden avulla pyrittiin tutkimaan bruttoeroosiota, koska hiukkaset pääosin deposoituvat merkkinäytteiden ulkopuolelle. Tässä työssä toteutettuja ERO2.0-simulaatioita varten luotiin uusi taustaplasma, uusi simulaatiopinta ja uudet energia- ja kulmariippuvat sputterointi- ja heijastusdatat kullan ja muiden simulaation hiukkaslajien välisiin vuorovaikutuksiin. Tällä saavutettiin parempi vastaavuus koeolosuhteisiin ja tarkemmat laskelmat kultamerkkinäytteiden nettoeroosiosta. Parannellun simulaatiokonfiguraation—erityisesti uuden sputterointidatan—huomattiin tuottavan lähes täydellinen vastaavuus kokeellisesti määritettyyn nettoeroosioon suurempien merkkinäytteiden tapauksessa. Pienempien merkkinäytteiden simulaatiotulokset vastasivat hyvin koedataa plasman reuna-alueella, kun taas diverttorin muissa osissa voidaan havaita selviä poikkeamia. Kullan eroosion aiheuttivat suurimmilta osin taustaplasman epäpuhtaudet. Kultaisten merkkinäytteiden eroosion havaittiin olevan 15—20 kertaa suurempaa verrattuna toroidaalisesti yhtenäiseen volframipintaan. Tämä selittyy kullan korkealla eroosionopeudella sekä merkkinäytteiden geometrian epäedustavuudella uudelleendeposoitumisen suhteen.Description
Supervisor
Kurki-Suonio, TainaThesis advisor
Hakola, AnttiKarhunen, Juuso
Keywords
fusion, plasma, tokamak, erosion, simulation, ERO2.0