Archivio Istituzionale della RicercaExhausting power from the hot fusion core to the plasma-facing components is one fusion energy biggest challenges. The MAST Upgrade tokamak uniquely integrates strong containment of neutrals within the exhaust area (divertor) with extreme divertor shaping capability. By systematically altering the divertor shape, this study shows the strongest evidence to date to our knowledge that long-legged divertors with a high magnetic field gradient (total flux expansion) deliver key power exhaust benefits without adversely impacting the hot fusion core. These benefits are already achieved with relatively modest geometry adjustments that are more feasible to integrate in reactor designs. Benefits include reduced target heat loads and improved access to, and stability of, a neutral gas buffer that shields the target and enhances power exhaust (detachment). Analysis and model comparisons shows these benefits are obtained by combining multiple shaping aspects: long-legged divertors have expanded plasma-neutral interaction volume that drive reductions in particle and power loads, while total flux expansion enhances detachment access and stability. Containing the neutrals in the exhaust area with physical structures further augments these shaping benefits. These results demonstrate strategic variation in the divertor geometry and magnetic topology is a potential solution to one of fusion power exhaust challenge. (Figure presented.)
Divertor shaping with neutral baffling as a solution to the tokamak power exhaust challenge / Verhaegh, Kevin; Harrison, James; Moulton, David; Lipschultz, Bruce; Lonigro, Nicola; Osborne, Nick; Ryan, Peter; Theiler, Christian; Wijkamp, Tijs; Brida, Dominik; Cowley, Cyd; Derks, Gijs; Doyle, Rhys; Federici, Fabio; Kool, Bob; Février, Olivier; Hakola, Antti; Henderson, Stuart; Reimerdes, Holger; Thornton, Andrew; Vianello, Nicola; Wischmeier, Marco; Xiang, Lingyan; Null, Null; Abate, D.; Adamek, J.; Agostini, M.; Albert, C.; Albert Devasagayam, F. C. P.; Aleiferis, S.; Alessi, E.; Alhage, J.; Allan, S.; Allcock, J.; Alonzo, M.; Anastasiou, G.; Andersson-Sunden, E.; Angioni, C.; Anquetin, Y.; Appel, L.; Apruzzese, G. M.; Ariola, M.; Arnas, C.; Artaud, J. F.; Arter, W.; Asztalos, O.; Aucone, L.; Aumeunier, M. H.; Auriemma, F.; Ayllon, J.; Aymerich, E.; Baciero, A.; Bagnato, F.; Bähner, L.; Bairaktaris, F.; Balázs, P.; Balbinot, L.; Balboa, I.; Balden, M.; Balestri, A.; Baquero Ruiz, M.; Barberis, T.; Barcellona, C.; Bardsley, O.; Baruzzo, M.; Benkadda, S.; Bensadon, T.; Bernard, E.; Bernert, M.; Betar, H.; Bianchetti Morales, R.; Bielecki, J.; Bilato, R.; Bilkova, P.; Bin, W.; Birkenmeier, G.; Bisson, R.; Blanchard, P.; Bleasdale, A.; Bobkov, V.; Boboc, A.; Bock, A.; Bogar, K.; Bohm, P.; Bolzonella, T.; Bombarda, F.; Bonanomi, N.; Boncagni, L.; Bonfiglio, D.; Bonifetto, R.; Bonotto, M.; Borodin, D.; Borodkina, I.; Bosman, T. O. S. J.; Bourdelle, C.; Bowman, C.; Brezinsek, S.; Brida, D.; Brochard, F.; Brunet, R.; Brunetti, D.; Bruno, V.; Buchholz, R.; Buermans, J.; Bufferand, H.; Buratti, P.; Burckhart, A.; Cai, J.; Calado, R.; Caloud, J.; Cancelli, S.; Cani, F.; Cannas, B.; Cappelli, M.; Carcangiu, S.; Cardinali, A.; Carli, S.; Carnevale, D.; Carole, M.; Carpita, M.; Carralero, D.; Caruggi, F.; Carvalho, I.; Casiraghi, I.; Casolari, A.; Casson, F. J.; Castaldo, C.; Cathey, A.; Causa, F.; Cavalier, J.; Cavedon, M.; Cazabonne, J.; Cecconello, M.; Ceelen, L.; Celora, A.; Cerovsky, J.; Challis, C. D.; Chandra, R.; Chankin, A.; Chapman, B.; Chen, H.; Chernyshova, M.; Chiariello, A. G.; Chmielewski, P.; Chomiczewska, A.; Cianfarani, C.; Ciraolo, G.; Citrin, J.; Clairet, F.; Coda, S.; Coelho, R.; Coenen, J. W.; Coffey, I. H.; Colandrea, C.; Colas, L.; Conroy, S.; Contre, C.; Conway, N. J.; Cordaro, L.; Corre, Y.; Costa, D.; Costea, S.; Coster, D.; Courtois, X.; Cowley, C.; Craciunescu, T.; Croci, G.; Croitoru, A. M.; Crombe, K.; Cruz Zabala, D. J.; Cseh, G.; Czarski, T.; Da Ros, A.; Dal Molin, A.; Dalla Rosa, M.; Damizia, Y.; D'Arcangelo, O.; David, P.; De Angeli, M.; De La Cal, E.; De La Luna, E.; De Tommasi, G.; Decker, J.; Dejarnac, R.; Del Sarto, D.; Derks, G.; Desgranges, C.; Devynck, P.; Di Genova, S.; Di Grazia, L. E.; Di Siena, A.; Dicorato, M.; Diez, M.; Dimitrova, M.; Dittmar, T.; Dittrich, L.; Dominguez Palacios Durán, J. J.; Donnel, P.; Douai, D.; Dowson, S.; Doyle, S.; Dreval, M.; Drews, P.; Dubus, L.; Dumont, R.; Dunai, D.; Dunne, M.; Durif, A.; Durodie, F.; Durr-Legoupil-Nicoud, G.; Duval, B.; Dux, R.; Eich, T.; Ekedahl, A.; Elmore, S.; Ericsson, G.; Eriksson, J.; Eriksson, B.; Eriksson, F.; Ertmer, S.; Escarguel, A.; Esposito, B.; Estrada, T.; Fable, E.; Faitsch, M.; Fakhrayi Mofrad, N.; Fanni, A.; Farley, T.; Farnk, M.; Fedorczak, N.; Felici, F.; Feng, X.; Ferreira, J.; Ferreira, D.; Ferron, N.; Fevrier, O.; Ficker, O.; Field, A. R.; Figueiredo, A.; Fil, N.; Fiorucci, D.; Firdaouss, M.; Fischer, R.; Fitzgerald, M.; Flebbe, M.; Fontana, M.; Fontdecaba Climent, J.; Frank, A.; Fransson, E.; Frassinetti, L.; Frigione, D.; Futatani, S.; Futtersack, R.; Gabriellini, S.; Gadariya, D.; Galassi, D.; Galazka, K.; Galdon, J.; Galeani, S.; Gallart, D.; Gallo, A.; Galperti, C.; Gambrioli, M.; Garavaglia, S.; Garcia, J.; Garcia Munoz, M.; Gardarein, J.; Garzotti, L.; Gaspar, J.; Gatto, R.; Gaudio, P.; Gelfusa, M.; Gerardin, J.; Gerasimov, S. N.; Gerru Miguelanez, R.; Gervasini, G.; Ghani, Z.; Ghezzi, F. M.; Ghillardi, G.; Giannone, L.; Gibson, S.; Gil, L.; Gillgren, A.; Giovannozzi, E.; Giroud, C.; Giruzzi, G.; Gleiter, T.; Gobbin, M.; Goloborodko, V.; González Ganzábal, A.; Goodman, T.; Gopakumar, V.; Gorini, G.; Görler, T.; Gorno, S.; Granucci, G.; Greenhouse, D.; Grenfell, G.; Griener, M.; Gromelski, W.; Groth, M.; Grover, O.; Gruca, M.; Gude, A.; Guillemaut, C.; Guirlet, R.; Gunn, J.; Gyergyek, T.; Hagg, L.; Hakola, A.; Hall, J.; Ham, C. J.; Hamed, M.; Happel, T.; Harrer, G.; Harrison, J.; Harting, D.; Hawkes, N. C.; Heinrich, P.; Henderson, S.; Hennequin, P.; Henriques, R.; Heuraux, S.; Hidalgosalaverri, J.; Hillairet, J.; Hillesheim, J. C.; Hjalmarsson, A.; Ho, A.; Hobirk, J.; Hodille, E.; Hölzl, M.; Hoppe, M.; Horacek, J.; Horsten, N.; Horvath, L.; Houry, M.; Hromasova, K.; Huang, J.; Huang, Z.; Huber, A.; Huett, E.; Huynh, P.; Iantchenko, A.; Imrisek, M.; Innocente, P.; Ionita Schrittwieser, C.; Isliker, H.; Ivanova, P.; Ivanova Stanik, I.; Jablczynska, M.; Jacobsen, A. S.; Jacquet, P.; Jansen Van Vuuren, A.; Jardin, A.; Järleblad, H.; Järvinen, A.; Jaulmes, F.; Jensen, T.; Jepu, I.; Jessica, S.; Joffrin, E.; Johnson, T.; Juven, A.; Kalis, J.; Kappatou, A.; Karhunen, J.; Karimov, R.; Karpushov, A. N.; Kasilov, S.; Kazakov, Y.; Kazantzidis, P. V.; Keeling, D.; Kernbichler, W.; Kim, H. T.; King, D. B.; Kiptily, V. G.; Kirjasuo, A.; Kirov, K. K.; Kirschner, A.; Kit, A.; Kiviniemi, T.; Kjær, F.; Klinkby, E.; Knieps, A.; Knoche, U.; Kochan, M.; Köchl, F.; Kocsis, G.; Koenders, J. T. W.; Kogan, L.; Kolesnichenko, Y.; Kominis, Y.; Komm, M.; Kong, M.; Kool, B.; Korsholm, S. B.; Kos, D.; Koubiti, M.; Kovacic, J.; Kovtun, Y.; Kowalska-Strzeciwilk, E.; Koziol, K.; Kozulia, M.; Krämer Flecken, A.; Kreter, A.; Krieger, K.; Krutkin, O.; Kudlacek, O.; Kumar, U.; Kumpulainen, H.; Kushoro, M. H.; Kwiatkowski, R.; La Matina, M.; Labit, B.; Lacquaniti, M.; Laguardia, L.; Lainer, P.; Lang, P.; Larsen, M.; Laszynska, E.; Lawson, K. D.; Lazaros, A.; Lazzaro, E.; Lee, M. Y. K.; Leerink, S.; Lennholm, M.; Lerche, E.; Liang, Y.; Lier, A.; Likonen, J.; Linder, O.; Lipschultz, B.; Listopad, A.; Litaudon, X.; Litherlandsmith, E.; Liuzza, D.; Loarer, T.; Lomas, P. J.; Lombardo, J.; Lonigro, N.; Lorenzini, R.; Lowry, C.; Luda Di Cortemiglia, T.; Ludvigosipov, A.; Lunt, T.; Lutsenko, V.; Macusova, E.; Mäenpää, R.; Maget, P.; Maggi, C. F.; Mailloux, J.; Makarov, S.; Malinowski, K.; Manas, P.; Mancini, A.; Mancini, D.; Mantica, P.; Mantsinen, M.; Manyer, J.; Maraschek, M.; Marceca, G.; Marcer, G.; Marchetto, C.; Marchioni, S.; Mariani, A.; Marin, M.; Markl, M.; Markovic, T.; Marocco, D.; Marsden, S.; Martellucci, L.; Martin, P.; Martin, C.; Martinelli, F.; Martinelli, L.; Martin-Solis, J. R.; Martone, R.; Maslov, M.; Masocco, R.; Mattei, M.; Matthews, G. F.; Matveev, D.; Matveeva, E.; Mayoral, M. L.; Mazon, D.; Mazzi, S.; Mazzotta, C.; Mcardle, G.; Mcdermott, R.; Mckay, K.; Meigs, A. G.; Meineri, C.; Mele, A.; Menkovski, V.; Menmuir, S.; Merle, A.; Meyer, H.; Mikszuta-Michalik, K.; Milanesio, D.; Militello, F.; Milocco, A.; Miron, I. G.; Mitchell, J.; Mitteau, R.; Mitterauer, V.; Mlynar, J.; Moiseenko, V.; Molna, P.; Mombelli, F.; Monti, C.; Montisci, A.; Morales, J.; Moreau, P.; Moret, J. M.; Moro, A.; Moulton, D.; Mulholland, P.; Muraglia, M.; Murari, A.; Muraro, A.; Muscente, P.; Mykytchuk, D.; Nabais, F.; Nakeva, Y.; Napoli, F.; Nardon, E.; Nave, M. F.; Nem, R. D.; Nielsen, A.; Nielsen, S. K.; Nocente, M.; Nouailletas, R.; Nowak, S.; Nyström, H.; Ochoukov, R.; Offeddu, N.; Olasz, S.; Olde, C.; Oliva, F.; Oliveira, D.; Oliver, H. J. C.; Ollus, P.; Ongena, J.; Orsitto, F. P.; Osborne, N.; Otin, R.; Oyola Dominguez, P.; Palade, D. I.; Palomba, S.; Pan, O.; Panadero, N.; Panontin, E.; Papadopoulos, A.; Papagiannis, P.; Papp, G.; Parail, V. V.; Pardanaud, C.; Parisi, J.; Parrott, A.; Paschalidis, K.; Passoni, M.; Pastore, F.; Patel, A.; Patel, B.; Pau, A.; Pautasso, G.; Pavlichenko, R.; Pawelec, E.; Pegourie, B.; Pelka, G.; Peluso, E.; Perek, A.; Perelli Cippo, E.; Perez Von Thun, C.; Petersson, P.; Petravich, G.; Peysson, Y.; Piergotti, V.; Pigatto, L.; Piron, C.; Piron, L.; Pironti, A.; Pisano, F.; Plank, U.; Ploeckl, B.; Plyusnin, V.; Podolnik, A.; Poels, Y.; Pokol, G.; Poley, J.; Por, G.; Poradzinski, M.; Porcelli, F.; Porte, L.; Possieri, C.; Poulsen, A.; Predebon, I.; Pucella, G.; Pueschel, M.; Puglia, P.; Putignano, O.; Pütterich, T.; Quadri, V.; Quercia, A.; Rabinski, M.; Radovanovic, L.; Ragona, R.; Raj, H.; Rasinski, M.; Rasmussen, J.; Ratta, G.; Ratynskaia, S.; Rayaprolu, R.; Rebai, M.; Redl, A.; Rees, D.; Refy, D.; Reich, M.; Reimerdes, H.; Reman, B. C. G.; Renders, O.; Reux, C.; Ricci, D.; Richou, M.; Rienacker, S.; Rigamonti, D.; Rigollet, F.; Rimini, F. G.; Ripamonti, D.; Rispoli, N.; Rivals, N.; Rivero Rodriguez, J. F.; Roach, C.; Rocchi, G.; Rode, S.; Rodrigues, P.; Romazanov, J.; Romero Madrid, C. F.; Rosato, J.; Rossi, R.; Rubino, G.; Rueda, J. Rueda; Ruiz, J. Ruiz; Ryan, P.; Ryan, D.; Saarelma, S.; Sabot, R.; Salewski, M.; Salmi, A.; Sanchis, L.; Sand, A.; Santos, J.; Särkimäki, K.; Sassano, M.; Sauter, O.; Schettini, G.; Schmuck, S.; Schneider, P.; Schoonheere, N.; Schramm, R.; Schrittwieser, R.; Schuster, C.; Schwarz, N.; Sciortino, F.; Scotto D'Abusco, M.; Scully, S.; Selce, A.; Senni, L.; Senstius, M.; Sergienko, G.; Sharapov, S. E.; Sharma, R.; Shaw, A.; Sheikh, U.; Sias, G.; Sieglin, B.; Silburn, S. A.; Silva, C.; Silva, A.; Silvagni, D.; Simmendefeldt Schmidt, B.; Simons, L.; Simpson, J.; Singh, L.; Sipilä, S.; Siusko, Y.; Smith, S.; Snicker, A.; Solano, E. R.; Solokha, V.; Sos, M.; Sozzi, C.; Spineanu, F.; Spizzo, G.; Spolaore, M.; Spolladore, L.; Srinivasan, C.; Stagni, A.; Stancar, Z.; Stankunas, G.; Stober, J.; Strand, P.; Stuart, C. I.; Subba, F.; Sun, G. Y.; Sun, H. J.; Suttrop, W.; Svoboda, J.; Szepesi, T.; Szepesi, G.; Tal, B.; Tala, T.; Tamain, P.; Tardini, G.; Tardocchi, M.; Taylor, D.; Telesca, G.; Tenaglia, A.; Terra, A.; Terranova, D.; Testa, D.; Theiler, C.; Tholerus, E.; Thomas, B.; Thoren, E.; Thornton, A.; Thrysoe, A.; Tichit, Q.; Tierens, W.; Titarenko, A.; Tolias, P.; Tomasina, E.; Tomes, M.; Tonello, E.; Tookey, A.; Toscano Jiménez, M.; Tsironis, C.; Tsitrone, E.; Tsui, C.; Tykhyy, A.; Ugoletti, M.; Usoltseva, M.; Valcarcel, D. F.; Valentini, A.; Valisa, M.; Vallar, M.; Valovic, M.; Valvis, S. I.; Van Berkel, M.; Van Eester, D.; Van Mulders, S.; Van Rossem, M.; Vann, R.; Vanovac, B.; Valera Rodriguez, J.; Varje, J.; Vartanian, S.; Vecsei, M.; Velarde Gallardo, L.; Veranda, M.; Verdier, T.; Verdoolaege, G.; Verhaegh, K.; Vermare, L.; Verona Rinati, G.; Vianello, N.; Vicente, J.; Viezzer, E.; Vignitchouk, L.; Villone, F.; Vincent, B.; Vincenzi, P.; Vlad, M. O.; Vogel, G.; Voitsekhovitch, I.; Voldiner, I.; Vondracek, P.; Vu, N. M. T.; Vuoriheimo, T.; Wade, C.; Wang, E.; Wauters, T.; Weiland, M.; Weisen, H.; Wendler, N.; Weston, D.; Widdowson, A.; Wiesen, S.; Wiesenberger, M.; Wijkamp, T.; Willensdorfer, M.; Wilson, T.; Wischmeier, M.; Wojenski, A.; Wuethrich, C.; Wyss, I.; Xiang, L.; Xu, S.; Yadykin, D.; Yakovenko, Y.; Yang, H.; Yanovskiy, V.; Yi, R.; Zaar, B.; Zadvitskiy, G.; Zakharov, L.; Zanca, P.; Zarzoso, D.; Zayachuk, Y.; Zebrowski, J.; Zerbini, M.; Zestanakis, P.; Zimmermann, B.; Zlobinski, M.; Zohar, A.; Zotta, V. K.; Zou, X.; Zuin, M.; Zurita, M.; Zychor, I.; Null, Null; Harrison, J. R.; Aboutaleb, A.; Ahmed, S.; Aljunid, M.; Allan, S. Y.; Anand, H.; Andrew, Y.; Appel, L. C.; Ash, A.; Ashton, J.; Bachmann, O.; Barnes, M.; Barrett, B.; Baver, D.; Beckett, D.; Bennett, J.; Berkery, J.; Boeglin, W.; Bradley, J.; Browning, P. K.; Bryant, P.; Bryant, J.; Buchanan, J.; Bulmer, N.; Carruthers, A.; Cecconello, M.; Chen, Z. P.; Clark, J.; Coy, M.; Crocker, N.; Cunningham, G.; Cziegler, I.; Da Assuncao, T.; Damizia, Y.; Davies, P.; Day, I. E.; Derks, G. L.; Dixon, S.; Doyle, R.; Dreval, M.; Duval, B. P.; Eagles, T.; Edmond, J.; El-Haroun, H.; Elmore, S. D.; Enters, Y.; Federici, F.; Fitzgerald, I.; Fitzpatrick, R.; Fuller, W.; Gahle, D.; Galdon-Quiroga, J.; Gee, S.; Gheorghiu, T.; Gibson, K. J.; Hall-Chen, V. H.; Harrison, R.; Henderson, S. S.; Hickling, C.; Hnat, B.; Howlett, L.; Hughes, J.; Hussain, R.; Imada, K.; Jepson, P.; Kandan, B.; Katramados, I.; Kazakov, Y. O.; King, D.; King, R.; Kirk, A.; Knolker, M.; Kochan, M.; Kool, B.; Kotschenreuther, M.; Lees, M.; Leonard, A. W.; Liddiard, G.; Liu, Y. Q.; Lomanowski, B. A.; Lore, J.; Lovell, J.; Mahajan, S.; Maiden, F.; Man-Friel, C.; Mansfield, F.; Martin, R.; Mazzi, S.; Mcadams, R.; Mcclements, K. G.; Mcclenaghan, J.; Mcconville, D.; Mckay, K.; Mcknight, C.; Mcknight, P.; Mclean, A.; Mcmillan, B. F.; Mcshee, A.; Measures, J.; Mehay, N.; Michael, C. A.; Morbey, D.; Mordijck, S.; Myatra, O.; Nelson, A. O.; Nicassio, M.; O'Mullane, M. G.; Osborne, T.; Osborne, N.; Parr, E.; Parry, B.; Patel, B. S.; Payne, D.; Paz-Soldan, C.; Phelps, A.; Piron, L.; Prechel, G.; Price, M.; Pritchard, B.; Proudfoot, R.; Rhodes, T.; Richardson, P.; Riquezes, J.; Rivero-Rodriguez, J. F.; Roach, C. M.; Robson, M.; Ronald, K.; Rose, E.; Sabbagh, S.; Sarwar, R.; Saunders, P.; Scannell, R.; Schuett, T.; Seath, R.; Shi, P.; Simmonds, M.; Smith, J.; Smith, A.; Soukhanovskii, V. A.; Speirs, D.; Staebler, G.; Stephen, R.; Stevenson, P.; Stobbs, J.; Stott, M.; Stroud, C.; Tame, C.; Thomas-Davies, N.; Thornton, A. J.; Tobin, M.; Vann, R. G. L.; Velarde, L.; Vincent, C.; Voss, G.; Warr, M.; Wehner, W.; Wijkamp, T. A.; Wilkins, D.; Williams, T.; Wilson, H. R.; Wong, H.; Wood, M.; Zamkovska, V.. - In: COMMUNICATIONS PHYSICS. - ISSN 2399-3650. - 8:1(2025), pp. 1-15. [10.1038/s42005-025-02121-1]
Divertor shaping with neutral baffling as a solution to the tokamak power exhaust challenge
Subba, F.;
2025
Abstract
Exhausting power from the hot fusion core to the plasma-facing components is one fusion energy biggest challenges. The MAST Upgrade tokamak uniquely integrates strong containment of neutrals within the exhaust area (divertor) with extreme divertor shaping capability. By systematically altering the divertor shape, this study shows the strongest evidence to date to our knowledge that long-legged divertors with a high magnetic field gradient (total flux expansion) deliver key power exhaust benefits without adversely impacting the hot fusion core. These benefits are already achieved with relatively modest geometry adjustments that are more feasible to integrate in reactor designs. Benefits include reduced target heat loads and improved access to, and stability of, a neutral gas buffer that shields the target and enhances power exhaust (detachment). Analysis and model comparisons shows these benefits are obtained by combining multiple shaping aspects: long-legged divertors have expanded plasma-neutral interaction volume that drive reductions in particle and power loads, while total flux expansion enhances detachment access and stability. Containing the neutrals in the exhaust area with physical structures further augments these shaping benefits. These results demonstrate strategic variation in the divertor geometry and magnetic topology is a potential solution to one of fusion power exhaust challenge. (Figure presented.)
Pubblicazioni consigliate
I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/11583/3002921
Attenzione
Attenzione! I dati visualizzati non sono stati sottoposti a validazione da parte dell'ateneo