Runaway electron modelling efforts are motivated by the risk these energetic particles pose to large fusion devices. The sophisticated kinetic models can capture most features of the runaway electron generation but have high computational costs, which can be avoided by using computationally cheaper reduced kinetic codes. This paper compares the reduced kinetic and kinetic models to determine when the former solvers, based on analytical calculations assuming quasi-stationarity, can be used. The Dreicer generation rate is calculated by two different solvers in parallel in a workflow developed in the European integrated modelling framework, and this is complemented by calculations of a third code that is not yet integrated into the framework. Runaway Fluid, a reduced kinetic code, NORSE, a kinetic code using non-linear collision operator, and DREAM, a linearized Fokker–Planck solver, are used to investigate the effect of a dynamic change in the electric field for different plasma scenarios spanning across the whole tokamak-relevant range. We find that on time scales shorter than or comparable to the electron–electron collision time at the critical velocity for runaway electron generation, kinetic effects not captured by reduced kinetic models play an important role. This characteristic time scale is easy to calculate and can reliably be used to determine whether there is a need for kinetic modelling or cheaper reduced kinetic codes are expected to deliver sufficiently accurate results. This criterion can be automated, and thus it can be of great benefit for the comprehensive self-consistent modelling frameworks that are attempting to simulate complex events such as tokamak start-up or disruptions.
runaway電子のモデリングの取り組みは、これらの高エネルギー粒子が大型核融合装置にもたらすリスクによって動機づけられている。高度な運動論的コードはrunaway電子生成のほとんどの特徴を捉えることができるが、計算コストが高く、これは計算コストの低い簡約化された運動論的コードを用いることで回避できる。本論文では、簡約化された運動論的コードと完全な運動論的コードを比較し、準定常性を仮定した解析的計算に基づく前者の解法がいつ使用できるかを判断する。Dreicer生成率は、欧州統合モデリングフレームワーク内で開発されたワークフローにおいて、2つの異なるソルバーによって並行して計算され、さらに、このフレームワークにまだ統合されていない第3のコードによる計算が補完する。簡約化された運動論的コードであるRunaway Fluid、非線形衝突演算子を用いた運動論的コードであるNORSE、および線形化されたFokker–PlanckソルバーであるDREAMを用いて、トカマク関連の全範囲にわたる異なるプラズマシナリオにおける電場の動的変化の影響を調査する。その結果、runaway電子生成の臨界速度における電子-電子衝突時間と同程度またはそれより短い時間スケールでは、簡約化された運動論的モデルでは捉えられない運動論的効果が重要な役割を果たすことがわかった。この特性時間スケールは容易に計算でき、運動論的モデリングが必要かどうか、あるいはより安価な簡約化された運動論的コードで十分な精度の結果が得られるかを判断するために確実に使用できる。この基準は自動化が可能であり、したがって、トカマクの立ち上げやディスラプションなどの複雑な事象をシミュレートしようとする包括的な自己無撞着モデリングフレームワークにとって大きな利点となる。