Archivio Istituzionale della RicercaNuclear fusion could offer clean, abundant energy. However, managing the power exhausted from the core fusion plasma towards the reactor wall remains a major challenge. This is compounded in emerging compact reactor designs promising more cost-effective pathways towards commercial fusion energy. Alternative Divertor Configurations (ADCs) are a potential solution. In this work, we demonstrate exhaust control in ADCs, employing a novel method to diagnose the neutral gas buffer, which shields the target. Our work on the Mega Ampere Spherical Tokamak Upgrade shows that ADCs tackle key risks and uncertainties for fusion energy. Their highly reduced sensitivity to perturbations enables active exhaust control in otherwise unfeasible situations and facilitates an increased passive absorption of transients, which would otherwise damage the divertor. We observe a strong decoupling of each divertor from other reactor regions, enabling near-independent control of the divertors and core plasma. Our work showcases the real-world benefits of ADCs for effective heat load management in fusion power reactors.
Demonstration of Super-X divertor exhaust control for transient heat load management in compact fusion reactors / Kool, B.; Verhaegh, K.; Derks, G. L.; Wijkamp, T. A.; Koenders, J. T. W.; Lonigro, N.; Mcardle, G.; Vincent, C.; Lovell, J.; Henderson, S. S.; Federici, F.; Brida, D.; Reimerdes, H.; Osborne, N.; Van Berkel, M.; Null, Null; Abate, D.; Adamek, J.; Agostini, M.; Albert, C.; Devasagayam, F. C. P. Albert; Aleiferis, S.; Alessi, E.; Alhage, J.; Allan, S.; Allcock, J.; Alonzo, M.; Anastasiou, G.; Sunden, E. Andersson; 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.; Ruiz, M. Baquero; Barberis, T.; Barcellona, C.; Bardsley, O.; Baruzzo, M.; Benkadda, S.; Bensadon, T.; Bernard, E.; Bernert, M.; Betar, H.; Morales, R. Bianchetti; 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. S.; 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.; Zabala, D. J. Cruz; Cseh, G.; Czarski, T.; Da Ros, A.; Dal Molin, A.; Rosa, M. Dalla; 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.; Durán, J. J. Domínguez Palacios; Donnel, P.; Douai, D.; Dowson, S.; Doyle, S.; Dreval, M.; Drews, P.; Dubus, L.; Dumont, R.; Dunai, D.; Dunne, M.; Durif, A.; Durodie, F.; Nicoud, G. Durr Legoupil; 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.; Mofrad, N. Fakhrayi; Fanni, A.; Farley, T.; Farník, 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.; Climent, J. Fontdecaba; 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.; Munoz, M. Garcia; Gardarein, J.; Garzotti, L.; Gaspar, J.; Gatto, R.; Gaudio, P.; Gelfusa, M.; Gerardin, J.; Gerasimov, S. N.; Miguelanez, R. Gerru; 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.; Ganzábal, A. González; 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.; Salaverri, J. Hidalgo; 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.; Schrittwieser, C. Ionita; Isliker, H.; Ivanova, P.; Stanik, I. Ivanova; Jablczynska, M.; Jachmich, S.; Jacobsen, A. S.; Jacquet, P.; Van Vuuren, A. Jansen; 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.; Strzeciwilk, E. Kowalska; Koziol, K.; Kozulia, M.; Flecken, A. Krämer; Kreter, A.; Krieger, K.; Kruezi, U.; 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.; Lehnen, M.; Lennholm, M.; Lerche, E.; Liang, Y.; Lier, A.; Likonen, J.; Linder, O.; Lipschultz, B.; Listopad, A.; Litaudon, X.; Smith, E. Litherland; Liuzza, D.; Loarer, T.; Lomas, P. J.; Lombardo, J.; Lonigro, N.; Lorenzini, R.; Lowry, C.; Di Cortemiglia, T. Luda; Osipov, A. Ludvig; 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.; Solis, J. R. Martin; 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.; Michalik, K. Mikszuta; 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.; Dominguez, P. Oyola; 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.; Cippo, E. Perelli; Von Thun, C. Perez; 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.; 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.; Rodriguez, J. F. Rivero; Roach, C.; Rocchi, G.; Rode, S.; Rodrigues, P.; Romazanov, J.; Madrid, C. F. Romero; 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.; D'Abusco, M. Scotto; 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.; Schmidt, B. Simmendefeldt; 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.; Jiménez, M. Toscano; 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.; Rodriguez, J. Varela; Varje, J.; Vartanian, S.; Vecsei, M.; Gallardo, L. Velarde; Veranda, M.; Verdier, T.; Verdoolaege, G.; Verhaegh, K.; Vermare, L.; Rinati, G. Verona; 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, C. F. 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.; Bernert, M.; Boeglin, W.; Bradley, J.; Browning, P. K.; Bryant, P.; Bryant, J.; Buchanan, J.; Bulmer, N.; Carruthers, A.; Cecconello, M.; Chen, Z. P.; Clark, J.; Cowley, C.; 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.; Dunne, M.; Duval, B. P.; Eagles, T.; Edmond, J.; El-Haroun, H.; Elmore, S. D.; Enters, Y.; Faitsch, M.; Federici, F.; Fedorczak, N.; Felici, F.; Fitzgerald, I.; Fitzpatrick, R.; Frassinetti, L.; Fuller, W.; Gahle, D.; Galdon-Quiroga, J.; Gee, S.; Gheorghiu, T.; Gibson, K. J.; Greenhouse, D.; 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.; Lipschultz, B.; Liu, Y. Q.; Lomanowski, B. A.; Lonigro, N.; 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.; Ollus, P.; Osborne, T.; Osborne, N.; Parr, E.; Parry, B.; Patel, B. S.; Payne, D.; Paz-Soldan, C.; Phelps, A.; Piron, L.; Piron, C.; Prechel, G.; Price, M.; Pritchard, B.; Proudfoot, R.; Reimerdes, H.; 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.; Sauter, O.; Scannell, R.; Schuett, T.; Seath, R.; Shi, P.; Sieglin, B.; 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.; Theiler, C.; Thomas-Davies, N.; Thornton, A. J.; Tobin, M.; Vallar, M.; Vann, R. G. L.; Velarde, L.; Viezzer, E.; Vincent, C.; Voss, G.; Warr, M.; Wehner, W.; Wiesen, S.; Wijkamp, T. A.; Wilkins, D.; Williams, T.; Wilson, H. R.; Wong, H.; Wood, M.; Zamkovska, V.. - In: NATURE ENERGY. - ISSN 2058-7546. - 10:9(2025), pp. 1116-1131. [10.1038/s41560-025-01824-7]
Demonstration of Super-X divertor exhaust control for transient heat load management in compact fusion reactors
Subba, F.;
2025
Abstract
Nuclear fusion could offer clean, abundant energy. However, managing the power exhausted from the core fusion plasma towards the reactor wall remains a major challenge. This is compounded in emerging compact reactor designs promising more cost-effective pathways towards commercial fusion energy. Alternative Divertor Configurations (ADCs) are a potential solution. In this work, we demonstrate exhaust control in ADCs, employing a novel method to diagnose the neutral gas buffer, which shields the target. Our work on the Mega Ampere Spherical Tokamak Upgrade shows that ADCs tackle key risks and uncertainties for fusion energy. Their highly reduced sensitivity to perturbations enables active exhaust control in otherwise unfeasible situations and facilitates an increased passive absorption of transients, which would otherwise damage the divertor. We observe a strong decoupling of each divertor from other reactor regions, enabling near-independent control of the divertors and core plasma. Our work showcases the real-world benefits of ADCs for effective heat load management in fusion power reactors.
Pubblicazioni consigliate
I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/11583/3004184
Attenzione
Attenzione! I dati visualizzati non sono stati sottoposti a validazione da parte dell'ateneo