Magnetic confinement fusion represents one of the most promising pathways to achieving sustainable and clean energy production. In this approach, strong magnetic fields are used to confine hot plasma within a device preventing it from coming into direct contact with the vessel walls. However, plasma-wall interactions remain an unavoidable challenge, as some heat and particles inevitably escape confinement, particularly during energetic transient events. These interactions pose a significant threat to the integrity of plasma-facing components (PFCs), which are subjected to extreme thermal and particle loads. Among the various forms of damage caused by such loads, melt damage is particularly concerning due to its potential to severely degrade the performance and longevity of PFCs. 

To address these challenges, the MEMOS-U physics model was developed to simulate macroscopic melt motion in fusion environments. MEMOS-U simplifies the computational heavy thermoelectric magnetohydrodynamic equations by employing the shallow water approximation, which reduces the dimensionality of the problem. MEMOS-U has been validated against a series of dedicated tokamak experiments, demonstrating its ability to capture the essential features of melt motion in fusion environments.

Building on the MEMOS-U model, the MEMENTO code was developed as a modern numerical implementation designed to further enhance the predictive capabilities of melt motion simulations. MEMENTO leverages the AMReX framework to create and maintain a non-uniform, adaptive grid, enabling efficient simulations of large PFCs over long time scales. The code includes solvers for heat transfer, fluid dynamics, and current propagation, all of which are fully coupled to accurately model the interplay between thermal loading, melt motion, and electromagnetic effects. 

The MEMENTO code has been validated against experimental data from dedicated controlled melting experiments carried out in the ASDEX-Upgrade and WEST tokamaks. Predictive studies with MEMENTO have provided valuable insights into the potential melt damage in future tokamaks. In summary, MEMENTO represents a significant advancement in the modeling of macroscopic melt motion in fusion environments. By implementing the MEMOS-U physics model in a new code, MEMENTO provides a reliable and computationally efficient tool able to accurately predict melt damage in future reactors for regimes that could not be probed before. 

Magnetisk inneslutningsfusion representerar en av de mest lovande vägarna för att uppnå hållbar och ren energiproduktion. I detta tillvägagångssätt används starka magnetfält för att begränsa het plasma i en anordning som förhindrar att den kommer i direkt kontakt med kärlväggarna. Emellertid förblir plasma vägginteraktioner en oundviklig utmaning, eftersom en del värme och partiklar oundvikligen undkommer instängdhet, särskilt under energetiska övergående händelser. Dessa interaktioner utgör ett betydande problem mot integriteten hos plasmavända komponenter (PFC), som utsätts för extrema värme- och partikelbelastningar. Bland de olika former av skador som orsakas av sådana belastningar är smältskador särskilt oroande på grund av dess potential att allvarligt försämra prestandan och livslängden hos PFC.

För att möta dessa utmaningar utvecklades MEMOS-U-fysikmodellen för att simulera makroskopisk smältrörelse i fusionsmiljöer. MEMOS-U förenklar de beräkningsmässiga tunga termoelektriska magnetohydrodynamiska ekvationerna genom att använda den grunt vatten approximationen, vilket minskar dimensionaliteten av problemet. MEMOS-U har validerats mot en serie dedikerade tokamak-experiment, som visar dess förmåga att fånga de väsentliga egenskaperna hos smältrörelse i fusionsmiljöer.

Med utgångspunkt i MEMOS-U-modellen utvecklades MEMENTO-koden som en modern numerisk implementering utformad för att ytterligare förbättra de förutsägande kapaciteterna hos smältrörelsesimuleringar. MEMENTO utnyttjar AMReX-ramverket för att skapa och underhålla ett oenhetligt, adaptivt rutnät, vilket möjliggör effektiva simuleringar av stora PFC:er över långa tidsskalor. Koden inkluderar lösare för värmeöverföring, strömningsdynamik och strömspropagering, som alla är helt kopplade för att exakt modellera samspelet mellan termisk belastning, smältrörelse och elektromagnetiska effekter.

MEMENTO-koden har validerats mot experimentella data från dedikerade kontrollerade smältexperiment utförda i ASDEX-Upgrade och WEST tokamaks. Prediktiva studier med MEMENTO har gett värdefulla insikter om potentiella smältskador i framtida tokamaks. Sammanfattningsvis representerar MEMENTO ett betydande framsteg i modelleringen av makroskopisk smältrörelse i fusionsmiljöer. Genom att implementera MEMOS-U fysikmodellen i en ny kod tillhandahåller MEMENTO ett tillförlitligt och beräknings-effektivt verktyg som kan förutsäga smältskador i framtida reaktorer för regimer som inte kunde sonderas tidigare.