The impact of conducting wall eddy currents on perturbed magnetic field measurements is a key issue for understanding the measurement and control of long-wavelength MHD stability in tokamak devices. As plasma response models have growth in sophistication, the need to understand and resolve small changes in these measurements has become more important, motivating increased fidelity in simulations of externally applied fields and the wall eddy current response. In this manuscript, we describe thorough validation studies of the wall models in the mars-f and valen stability codes, using coil–sensor vacuum coupling measurements from the DIII-D tokamak (Luxon et al 2005 Fusion Sci. Technol. 48 807). The valen formulation treats conducting structures with arbitrary three-dimensional geometries, while mars-f uses an axisymmetric wall model and a spectral decomposition of the problem geometry with a fixed toroidal harmonic n. The vacuum coupling measurements have a strong sensitivity to wall eddy currents induced by time-changing coil currents, owing to the close proximities of both the sensors and coils to the wall. Measurements from individual coil and sensor channels are directly compared with valen predictions. It is found that straightforward improvements to the valen model, such as refining the wall mesh and simulating the vertical extent of the DIII-D poloidal field sensors, lead to good agreement with the experimental measurements. In addition, couplings to multi-coil, n = 1 toroidal mode perturbations are calculated from the measurements and compared with predictions from both codes. The toroidal mode comparisons favor the fully three-dimensional simulation approach, likely because this approach naturally treats n > 1 sidebands generated by the coils and wall eddy currents, as well as the n = 1 fundamental.
導電性壁渦電流が摂動磁場測定に及ぼす影響は、トカマク装置における長波長MHD安定性の測定と制御を理解するための重要な問題である。プラズマ応答モデルが高度化するにつれて、これらの測定における小さな変化を理解し解決する必要性が高まり、外部印加磁場と壁渦電流応答のシミュレーションにおける忠実度の向上が動機付けられている。本稿では、DIII-Dトカマク（Luxon et al 2005 Fusion Sci. Technol. 48 807）からのコイル-センサー真空結合測定を用いて、MARS-FおよびVALEN安定性コードにおける壁モデルの詳細な検証研究を述べる。VALEN定式化は任意の三次元形状の導電性構造を扱うのに対し、MARS-Fは軸対称壁モデルと固定トロイダルモード数nによる問題のスペクトル分解を用いる。真空結合測定は、センサーとコイルの両方が壁に近接しているため、時間変化するコイル電流によって誘起される壁渦電流に対して強い感度を有する。個々のコイルおよびセンサーチャネルからの測定値をVALEN予測と直接比較する。壁メッシュの細分化やDIII-Dポロイダル磁場センサーの垂直方向広がりのシミュレーションなど、VALENモデルへの直接的な改良が実験測定値と良好な一致をもたらすことが見出された。さらに、多コイル、n = 1トロイダルモード摂動への結合を測定値から計算し、両コードの予測と比較する。トロイダルモード比較は、コイルと壁渦電流によって生成されるn > 1側帯波とn = 1基本波の両方を自然に扱うため、完全三次元シミュレーションアプローチを支持する。