A systematic procedure to identify the plasma equilibrium response to the poloidal field coil voltages has been applied to the JT-60U tokamak. The required response was predicted with a high accuracy by a state-space model derived from first principles. The ab initio derivation of linearized plasma equilibrium response models is re-examined using an approach standard in analytical mechanics. A symmetric formulation is naturally obtained, removing a previous weakness in such models. RZIP, a rigid current distribution model, is re-derived using this approach and is compared with the new experimental plasma equilibrium response data obtained from Ohmic and neutral beam injection discharges in the JT-60U tokamak. In order to remove any bias from the comparison between modelled and measured plasma responses, the electromagnetic response model without plasma was first carefully tuned against experimental data, using a parametric approach, for which different cost functions for quantifying model agreement were explored. This approach additionally provides new indications of the accuracy to which various plasma parameters are known, and to the ordering of physical effects. Having taken these precautions when tuning the plasmaless model, an empirical estimate of the plasma self-inductance, the plasma resistance and its radial derivative could be established and compared with initial assumptions. Off-line tuning of the JT-60U controller is presented as an example of the improvements which might be obtained by using such a model of the plasma equilibrium response.
ポロイダル磁場コイル電圧に対するプラズマ平衡応答を同定する体系的な手順が、JT-60Uトカマクに適用された。必要な応答は、第一原理から導出された状態空間モデルによって高い精度で予測された。線形化されたプラズマ平衡応答モデルの第一原理導出が、解析力学において標準的な手法を用いて再検討される。対称な定式化が自然に得られ、このようなモデルにおける従来の弱点が除去される。剛体電流分布モデルであるRZIPがこの手法を用いて再導出され、JT-60Uトカマクにおけるオーミック放電および中性粒子ビーム入射放電から得られた新しい実験的プラズマ平衡応答データと比較される。モデル化されたプラズマ応答と測定されたプラズマ応答との比較からいかなるバイアスも除去するために、プラズマを含まない電磁応答モデルがまず実験データに対してパラメトリック手法を用いて注意深く調整され、その際にモデルの一致度を定量化するための異なるコスト関数が検討された。この手法はさらに、様々なプラズマパラメータがどの程度の精度で知られているか、および物理効果の順序付けに関する新たな指標を提供する。プラズマを含まないモデルの調整においてこれらの注意事項を踏まえた上で、プラズマ自己インダクタンス、プラズマ抵抗およびその径方向微分の経験的推定値を確立し、初期の仮定と比較することができた。JT-60U制御器のオフライン調整が、このようなプラズマ平衡応答モデルを用いることによって得られる可能性のある改善の例として提示される。