Optimal actuator trajectories for an ITER hybrid scenario ramp-up are computed using a numerical optimization method. For both L-mode and H-mode scenarios, the time trajectory of plasma current, EC heating and current drive distribution is determined that minimizes a chosen cost function, while satisfying constraints. The cost function is formulated to reflect two desired properties of the plasma q profile at the end of the ramp-up. The first objective is to maximize the ITG turbulence threshold by maximizing the volume-averaged s/q ratio. The second objective is to achieve a stationary q profile by having a flat loop voltage profile. Actuator and physics-derived constraints are included, imposing limits on plasma current, ramp rates, internal inductance and q profile. This numerical method uses the fast control-oriented plasma profile evolution code RAPTOR, which is successfully benchmarked against more complete CRONOS simulations for L-mode and H-mode mode ITER hybrid scenarios. It is shown that the optimized trajectories computed using RAPTOR also result in an improved ramp-up scenario for CRONOS simulations using the same input trajectories. Furthermore, the optimal trajectories are shown to vary depending on the precise timing of the L–H transition.
ITERハイブリッドシナリオのランプアップに対する最適アクチュエータ軌道は、数値最適化手法を用いて計算される。LモードおよびHモードの両シナリオについて、プラズマ電流、EC加熱および電流駆動分布の時間軌道が、制約を満たしながら選択されたコスト関数を最小化するように決定される。コスト関数は、ランプアップ終了時のプラズマq分布の2つの望ましい特性を反映するように定式化される。第1の目的は、体積平均されたs/q比を最大化することにより、ITG乱流閾値を最大化することである。第2の目的は、平坦なループ電圧分布を持つことにより、定常なq分布を達成することである。アクチュエータおよび物理由来の制約が含まれ、プラズマ電流、ランプレート、内部インダクタンス、およびq分布に制限が課される。この数値手法は、高速制御指向のプラズマ分布進化コードRAPTORを使用し、これはLモードおよびHモードのITERハイブリッドシナリオに対して、より完全なCRONOSシミュレーションと良好にベンチマークされている。RAPTORを用いて計算された最適軌道は、同じ入力軌道を用いたCRONOSシミュレーションにおいても改善されたランプアップシナリオをもたらすことが示される。さらに、最適軌道はL–H遷移の正確なタイミングに依存して変化することが示される。