3D-simulation of impurity transport in a fusion edge plasma by means of a massively parallelized Monte-Carlo code

Die Erosion von Wandkomponenten und die Tritiumrückhaltung begrenzen die Verfügbarkeit und Lebensdauer von ITER und zukünftiger Fusionsreaktoren. Für die Interpretation und Vorhersage der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse wurde der Simulationscode ERO2.0 entwickelt. Dieser ermöglicht die 3D-Simulation der Plasma-Wand-Wechselwirkung und des globalen Verunreinigungstransportes im gesamten Randschichtplasmabereich einer Fusionsanlage. Die erforderliche Rechenleistung wird durch effiziente massive Parallelisierung des Codes gewährleistet. In einem ersten Anwendungsfall wurde die Erosion von Beryllium-Wandkomponenten in der Hauptkammer des JET-Tokamaks simuliert. Durch das Verfolgen der vollständigen Trajektorien der erodierten Teilchen konnte der Einfluss der Be-Selbstzerstäubung erstmalig selbstkonsistent beschrieben werden. Die Ergebnisse der Modellierung wurden erfolgreich mit experimentellen Spektroskopiedaten verifiziert.Erosion of wall components and tritium retention limit lifetime and availability of ITER and future fusion reactors. The simulation code ERO2.0 was developed for the interpretation and prediction of the involved physical processes. The code enables a 3D simulation of plasma-wall interaction processes and the global impurity transport in the entire edge plasma region of a fusion device. The required computing power is realized by efficient massive parallelization of the code. In a first application, the erosion of beryllium wall components in the main chamber of the JET tokamak was simulated. For the first time the influence of Be self-sputtering was self-consistently described by tracking the full trajectories of eroded particles. The modelling results were successfully verified by comparison with experimental spectroscopy data