Time-dependent integrated simulations through codes such as TRANSP are becoming an indispensable tool for the interpretation of existing experiments and predictions of optimized scenarios. For many practical cases, quantitative simulations need to include the effect of plasma instabilities on the evolution of a tokamak discharge. An example is the degradation in energetic particle (EP) confinement induced by instabilities, which in turn affects important source terms for heating, non-inductive current, and momentum in a simulation. The reduced-physics kick model provides phase-space resolved transport probability matrices to TRANSP that are used to account for enhanced EP transport by instabilities in addition to neoclassical transport. The model has recovered the measured Alfvén eigenmode (AE) spectrum on NSTX, NSTX-U and DIII-D, and has reproduced details of phase-space resolved fast ion diagnostic data measured on DIII-D for EP-driven modes and tearing modes. In general, the kick model has proven the potential of phase-space resolved EP simulations to unravel details of EP transport for detailed theory/experiment comparison and for scenario planning based on optimization of neutral beam injection parameters. In this work, the extension of the kick model to low-frequency instabilities such as tearing modes and fishbones, in addition to AEs, is assessed. The goal is to enable TRANSP simulations that retain the main effects of multiple types of instabilities through a common framework. Results from the NSTX/NSTX-U and DIII-D tokamaks show that the extension to multi-mode scenarios can expand the range of applicability of the model for more reliable, quantitative integrated simulations.
時間依存型統合コードであるTRANSPを用いたシミュレーションは、既存の実験の解釈や最適化されたシナリオの予測において不可欠なツールとなりつつある。多くの実用的なケースでは、トカマク放電の時間発展にプラズマ不安定性の影響を含める必要がある。その一例として、高エネルギー粒子（EP）の閉じ込めが不安定性によって劣化し、加熱、非誘導電流駆動、運動量注入といった重要な源項に影響を及ぼすことが挙げられる。この問題に対処するため、キックモデル（reduced-physics kick model）は、位相空間分解された輸送確率行列をTRANSPに提供し、新古典輸送に加えて不安定性によるEP輸送を考慮する。このモデルは、NSTX、NSTX-U、DIII-Dにおけるアルヴェン固有モード（AE）スペクトルの測定結果を再現し、DIII-Dで測定された位相空間分解された高速粒子診断データの詳細も再現することに成功している。さらに、このキックモデルは、EP駆動モードやテアリングモードといった低周波不安定性にも適用範囲を拡張できる可能性を示している。本研究では、この拡張を実施し、複数の種類の不安定性を共通の枠組みで扱うことにより、TRANSPシミュレーションがこれらの効果を統合的に取り込むことを可能にする。NSTX、NSTX-U、DIII-Dの結果から、このマルチモードへの拡張は、モデルの適用範囲を広げ、より信頼性の高い定量的な統合シミュレーションを実現することが示される。