In fusion devices, the prediction of large magnetic island dynamics and saturation is of utmost importance for disruption control strategies. In experiments, this prediction can be provided by generalized Rutherford models. The purpose of this paper is to present an unified comparison between Rutherford models and first-principles simulations, across the various mechanisms leading to the growth of a magnetic island. More precisely, systematic comparisons of generalized Rutherford models with numerical 2D-reduced-magneto-hydrodynamic simulations have been done for a simple tearing mode and for neoclassical tearing mode (NTM) in presence or not of turbulence in order to assess the suitability of using generalized Rutherford models in experiments. It is found that agreement between simulation and model is not straightforward. For a simple tearing mode, prediction of saturated island size is possible only if the island is small enough. However, generalized Rutherford models fail to predict the whole island dynamics and as a consequence the saturation time. Predicting the behavior of NTMs is possible by using fitting parameters in generalized Rutherford models. Moreover, although the seeding mechanism is not taken into account in generalized Rutherford models, simulations show that NTM dynamics and saturation depend on the physical mechanisms at play to seed the island. In particular, a NTM presents different dynamics whether or not turbulence is present. Finally, it is shown that the amplification of a turbulence driven magnetic island to a NTM requires a bootstrap current that is strong enough.
核融合装置において、大規模な磁気島のダイナミクスと飽和の予測は、ディスラプション制御にとって極めて重要である。実験において、この予測は一般化ラザフォードモデルによって提供され得る。本論文の目的は、磁気島の成長をもたらす様々なメカニズムにわたって、ラザフォードモデルと第一原理シミュレーションとの統一的な比較を示すことである。より具体的には、一般化ラザフォードモデルと2次元簡約磁気流体シミュレーションとの系統的な比較が、単純なテアリングモードおよび乱流の有無にかかわらない新古典テアリングモード（NTM）に対して行われ、実験における一般化ラザフォードモデルの適用可能性を評価した。シミュレーションとモデルの間の一致は単純ではないことが見出された。単純なテアリングモードについては、飽和島サイズの予測は、島が十分に小さい場合にのみ可能である。しかしながら、一般化ラザフォードモデルは、島全体のダイナミクス、ひいては飽和時間を予測することに失敗する。NTMの挙動の予測は、一般化ラザフォードモデルにおけるフィッティングパラメータを用いることによって可能である。さらに、シーディングメカニズムは一般化ラザフォードモデルでは考慮されていないが、シミュレーションは、NTMのダイナミクスと飽和が、島をシードする物理メカニズムに依存することを示している。特に、NTMは、乱流が存在する場合としない場合とで異なるダイナミクスを示す。最後に、乱流駆動の磁気島からNTMへの増幅には、十分に強いブートストラップ電流が必要であることが示される。