Self-consistent full-size turbulent-transport simulations of the divertor and scrape-off-layer (SOL) of existing tokamaks have recently become feasible. This enables the direct comparison of turbulence simulations against experimental measurements. In this work, we perform a series of diverted ohmic L-mode discharges on the tokamak à configuration variable (TCV) tokamak, building a first-of-a-kind dataset for the validation of edge turbulence models. This dataset, referred to as TCV-X21, contains measurements from five diagnostic systems from the outboard midplane (OMP) to the divertor targets—giving a total of 45 one- and two-dimensional comparison observables in two toroidal magnetic field directions. The experimental dataset is used to validate three flux-driven 3D fluid-turbulence models—GBS, GRILLIX and TOKAM3X. With each model, we perform simulations of the TCV-X21 scenario, individually tuning the particle and power source rates to achieve a reasonable match of the upstream separatrix value of density and electron temperature. We find that the simulations match the experimental profiles for most observables at the OMP—both in terms of profile shape and absolute magnitude—while a comparatively poorer agreement is found towards the divertor targets. The match between simulation and experiment is seen to be sensitive to the value of the resistivity, the heat conductivities, the power injection rate and the choice of sheath boundary conditions. Additionally, despite targeting a sheath-limited regime, the discrepancy between simulations and experiment also suggests that the neutral dynamics should be included. The results of this validation show that turbulence models are able to perform simulations of existing devices and achieve reasonable agreement with experimental measurements. Where disagreement is found, the validation helps to identify how the models can be improved. By publicly releasing the experimental dataset and validation analysis, this work should help to guide and accelerate the development of predictive turbulence simulations of the edge and SOL.
自己無矛盾的な全サイズ乱流輸送シミュレーションが、既存のトカマクにおけるダイバータおよびスクレイプオフ層（SOL）に対して最近実現可能となった。これにより、乱流シミュレーションと実験計測の直接比較が可能となる。本研究では、トカマク・ア・コンフィギュラシオン・バリアブル（TCV）トカマクにおいて一連のダイバータ配位オーミックLモード放電を実施し、エッジ乱流モデルの検証のための初のデータセットを構築した。このデータセットはTCV-X21と称され、アウトボード中間面（OMP）からダイバータターゲットに至るまで、5つの診断システムによる計測を含み、2つのトロイダル磁場方向において合計45の1次元および2次元比較オブザーバブルを提供する。この実験データセットを用いて、3つのフラックス駆動3次元流体乱流モデル—GBS、GRILLIX、TOKAM3X—を検証した。各モデルを用いてTCV-X21シナリオのシミュレーションを実施し、粒子およびパワー源を個別に調整して、上流セパラトリクスにおける密度および電子温度の合理的な一致を達成した。その結果、シミュレーションはOMPにおけるほとんどのオブザーバブルについて実験プロファイルと一致することが示された—プロファイル形状と絶対値の両方において—一方、ダイバータターゲット方向では比較的劣る一致が見られた。シミュレーションと実験の一致は、抵抗率、熱伝導率、パワー入射率、およびシース境界条件の選択に敏感であることが確認された。さらに、シース制限状態を対象としていたにもかかわらず、シミュレーションと実験の不一致は、中性粒子ダイナミクスを含めるべきことを示唆している。この検証の結果は、乱流モデルが既存装置のシミュレーションを実行し、実験計測と合理的な一致を達成できることを示している。不一致が見られる箇所では、検証によってモデルの改善方法の特定が促進される。実験データセットと検証解析を公開することにより、本研究はエッジおよびSOLの予測的乱流シミュレーションの開発を導き、加速することに貢献する。