Time-dependent, predictive simulations were performed with the 1.5D tokamak integrated modeling code TRANSP on a large set of well-analyzed, high performing discharges from the National Spherical Torus Experiment (NSTX) in order to evaluate how well modern reduced transport models can reproduce experimentally observed temperature profiles in spherical tokamaks. Overall, it is found that simulations using the Multi-Mode Model (MMM) more consistently agree with the NSTX observations than those using the Trapped Gyro-Landau Fluid (TGLF) model, despite TGLF requiring orders of magnitude greater computational cost. When considering all examined discharges, MMM has median overpredictions of electron temperature () and ion temperature () profiles of 28% and 27%, respectively, relative to the experiment. TGLF overpredicts by 46%, with much larger variance than MMM, and underpredicts by 25%. As the ratio of kinetic to magnetic field pressure (β) is increased across NSTX discharges, TGLF predicts lower and significant flattening of the profile, conflicting with NSTX observations. When using an electrostatic version of TGLF, both and are substantially overpredicted, underscoring the importance of electromagnetic turbulence in the high β spherical tokamak regime. Additionally, calculations with neural net surrogate models for TGLF were performed outside of TRANSP with a time slice flux matching transport solver, finding better agreement with experiment than the TRANSP simulations, highlighting the impact of different transport solvers and simulation techniques. Altogether, the reasonable agreement with experiment of temperature profiles predicted by MMM motivates a more detailed examination of the sensitivities of the TRANSP simulations with MMM to different NSTX plasma regimes in a companion paper (Lestz et alPlasma Phys. Control. Fusion67 105030), in preparation for self-consistent, time-dependent predictive modeling of NSTX-U scenarios.
時間依存の予測シミュレーションを、1.5Dトカマク統合モデリングコードTRANSPを用いて、国立球状トーラス実験装置 (NSTX) で得られた、十分に解析された高性能放電の大規模なセットに対して実施し、現代の簡約輸送モデルが球状トカマクにおける実験的に観測された温度分布をどの程度再現できるかを評価した。全体として、Trapped Gyro-Landau Fluid (TGLF) モデルが桁違いに大きな計算コストを要するにもかかわらず、Multi-Mode Model (MMM) を用いたシミュレーションはTGLFモデルを用いたシミュレーションよりもNSTXの観測と一貫して一致することが分かった。検討したすべての放電を考慮すると、MMMは、実験に対して電子温度()プロファイルとイオン温度()プロファイルをそれぞれ28%と27%過大予測する中央値を示した。TGLFは を46%過大予測し、その分散はMMMよりもはるかに大きく、 を25%過小予測した。NSTX放電全体で運動圧と磁場圧の比 (β) が増加するにつれて、TGLFはより低い と、 プロファイルの有意な平坦化を予測し、NSTXの観測と矛盾した。TGLFの静電バージョンを用いると、 と の両方が大幅に過大予測され、高β球状トカマク領域における電磁乱流の重要性が強調される。さらに、TGLFのニューラルネットワークサロゲートモデルを用いた計算を、TRANSPの外部で時間スライスフラックス整合輸送ソルバーを用いて実施し、TRANSPシミュレーションよりも実験との良い一致を示し、異なる輸送ソルバーとシミュレーション手法の影響を浮き彫りにした。全体として、MMMによって予測された温度分布の実験との合理的な一致は、NSTX-Uシナリオの自己無撞着な時間依存予測モデリングに向けた準備として、姉妹論文 (Lestz et alPlasma Phys. Control. Fusion67 105030) における、異なるNSTXプラズマ領域に対するMMMを用いたTRANSPシミュレーションの感度のより詳細な検討を動機付けるものである。