This paper proposes a control-oriented approach to the tokamak plasma current profile dynamics. It is established based on a consistent set of simplified relationships, in particular for the microwave current drive sources, rather than exact physical modelling. Assuming that a proper model for advanced control schemes can be established using the so-called cylindrical approximation and neglecting the diamagnetic effects, we propose a model that focuses on the flux diffusion (from which the current profile is inferred). Its inputs are some real-time measurements available on modern tokamaks and the effects of some major actuators, such as the magnetic coils, lower hybrid (LHCD), electron and ion cyclotron frequency (ECCD and ICRH) systems, are particularly taken into account. More precisely, the non-inductive current profile sources are modelled as 3-parameters functions of the control inputs derived either from approximate theoretical formulae for the ECCD and bootstrap terms or from experimental scaling laws specifically developed from hard x-ray Tore Supra data for the LHCD influence. The use of scaling laws in this model reflects the fact that the operation of future reactors will certainly depend upon a great number of scaling laws and specific engineering parameters. The discretization issues are also specifically addressed, to ensure robustness with respect to discretisation errors and the efficiency (in terms of computation time) of the associated algorithm. This model is compared with experimental results and the CRONOS solver for tore supra tokamak.
本論文は、トカマクプラズマ電流分布ダイナミクスに対する制御指向型アプローチを提案する。これは、正確な物理モデリングではなく、特にマイクロ波電流駆動源に関する一貫した簡略化関係式に基づいて構築される。高度な制御スキームのための適切なモデルが、いわゆる円筒近似を用い、反磁性効果を無視することによって確立され得ると仮定し、電流分布が推定される磁束拡散に焦点を当てたモデルを提案する。その入力は、現代のトカマクで利用可能なリアルタイム測定値と、磁気コイル、低域混成波電流駆動（LHCD）、電子サイクロトロン周波数（ECCD）、イオンサイクロトロン周波数（ICRH）システムなどの主要なアクチュエータの効果である。より具体的には、非誘導電流分布源は、ECCDおよびブートストラップ項に対する近似理論式、あるいはLHCD効果に対するTore Supra硬X線データから特異的に導出された実験スケーリング則のいずれかから導かれる制御入力の3パラメータ関数としてモデル化される。このモデルにおけるスケーリング則の使用は、将来の炉の運転が多数のスケーリング則と特定の工学的パラメータに依存するであろうという事実を反映している。離散化問題も特に取り上げられ、離散化誤差に対するロバスト性と関連アルゴリズムの計算時間効率が確保される。本モデルは、Tore Supraトカマクの実験結果およびCRONOSソルバーと比較される。