Reliable modeling of ion cyclotron range of frequencies (ICRF) antenna performance is essential for interpreting present experiments and guiding the design of future reactors. In this work, a 3D model of the Alcator C-Mod field-aligned antenna is implemented in the Petra-M finite-element framework [S. Shiraiwa et al 2023 Nucl. Fusion63 026024] and benchmarked against experimental results. Four experimental cases are examined. First, the simulated rectified sheath potentials on the antenna limiters are compared with measurements from a power tapering experiment. Second, proof-of-principle far-field sheath simulations are performed. In scenarios with low single-pass absorption, simulations predict enhanced sheath potentials on a distant poloidal limiter in the far field of the antenna, consistent with experimental observations. Third, the simulated antenna loading during edge localized modes follows experimental trends and appears to be dominated by the density gradient at the pedestal. Finally, Petra-M predicts the unintended excitation of high- modes during monopole phasing operation, in agreement with experimental evidence of poor wave coupling and accessibility to the plasma core. Overall, reasonable agreement is found between the simulations and experiments. At the same time, areas of imperfect agreement are identified. These provide important guidance on the limits of the current state-of-the-art modeling, which should be kept in mind when using it as a predictive tool for future reactors.
ICRFアンテナ性能の信頼性の高いモデリングは、現在の実験の解釈と将来の炉の設計指針に不可欠である。本研究では、Alcator C-Modの磁場整列アンテナの3DモデルをPetra-M有限要素フレームワーク[S. Shiraiwa et al 2023 Nucl. Fusion63 026024]に実装し、実験結果とベンチマークした。4つの実験ケースを検討した。第一に、アンテナリミッターにおける整流されたシース電位のシミュレーション結果を、電力テーパリング実験からの測定値と比較した。第二に、原理実証の遠方場シースシミュレーションを実施した。低い単一通過吸収のシナリオでは、シミュレーションは、実験観測と一致して、アンテナの遠方場にある離れたポロイダルリミッターでのシース電位の増強を予測する。第三に、周辺局在モード中のシミュレーションされたアンテナ負荷は、実験傾向に従い、ペデスタルでの密度勾配によって支配されているように見える。最後に、Petra-Mは、モノポール位相動作中の高次モードの意図しない励起を予測し、これはプラズマコアへの波動結合とアクセシビリティが貧弱であるという実験的証拠と一致する。全体として、シミュレーションと実験の間には妥当な一致が見られる。同時に、不完全な一致の領域が特定される。これらは、現在の最先端のモデリングの限界に関する重要な指針を提供し、将来の炉の予測ツールとして使用する際には留意すべきである。