Confinement scaling laws such as IPB98(y, 2) are widely used to extrapolate the performance of present tokamaks to next-step devices such as ITER or DEMO. The thermal energy of the plasma (Wth), which is used to determine the energy confinement time for most scaling laws, is difficult to measure, due to the sizeable uncertainties in the experimental kinetic profiles. The common approach in the tokamak community is to derive Wth as the difference between the measured magnetohydrodynamic (MHD) energy and some simulation-based estimate of the fast ion energy Wfi. In H-mode plasmas Wfi can be as high as Wth, in presence of neutral beam injection (NBI) or ion cyclotron radio frequency heating (ICRF), therefore an accurate assessment of Wfi is crucial to have a somewhat reliable H-factor, regardless of the power-scaling of a given scaling law. In this paper we aim at evaluating the current approach to estimate Wfi, by comparing its predictions with a wide database of calculations using validated NBI codes. Systematic deviations and trends, as well as statistical scatter are discussed. We use a comprehensive database of AUG H-mode deuterium plasmas, with significant variations of plasma current, NBI power and plasma density. We neglect thereby the fast-ion losses caused by MHD modes and the synergy effect between NBI and ICRF. A new approach is proposed based on the newly developed fast NBI code RABBIT.
閉じ込めスケーリング則、例えばIPB98(y,2)は、現在のトカマクの性能をITERやDEMOのような次世代装置へ外挿するために広く用いられている。ほとんどのスケーリング則でエネルギー閉じ込め時間を決定するために使用されるプラズマの熱エネルギー(Wth)は、実験的な運動論プロファイルの不確かさが大きいため、測定が困難である。トカマクコミュニティにおける一般的なアプローチは、Wthを、測定された電磁流体力学(MHD)エネルギーと、高速イオンエネルギーWfiのシミュレーションに基づく推定値との差として導出することである。Hモードプラズマでは、中性粒子ビーム入射(NBI)またはイオンサイクロトロン周波数帯加熱(ICRF)の存在下で、WfiはWthと同じくらい高くなり得る。したがって、与えられたスケーリング則のパワースケーリングに関係なく、ある程度信頼できるH因子を得るためには、Wfiの正確な評価が極めて重要である。本論文では、Wfiを推定する現在のアプローチを評価することを目的とし、その予測を、検証済みのNBIコードを用いた広範な計算データベースと比較する。系統的な偏差と傾向、および統計的なばらつきについて議論する。我々は、プラズマ電流、NBIパワー、プラズマ密度に有意な変動がある、AUG Hモード重水素プラズマの包括的なデータベースを使用する。これにより、MHDモードによって引き起こされる高速イオン損失と、NBIとICRFの間の相乗効果は無視する。新しく開発された高速NBIコードRABBITに基づく新しいアプローチが提案される。