The RAPTOR code is a control-oriented core plasma profile simulator with various applications in control design and verification, discharge optimization and real-time plasma simulation. To date, RAPTOR was capable of simulating the evolution of poloidal flux and electron temperature using empirical transport models, and required the user to input assumptions on the other profiles and plasma parameters. We present an extension of the code to simulate the temperature evolution of both ions and electrons, as well as the particle density transport. A proof-of-principle neural-network emulation of the quasilinear gyrokinetic QuaLiKiz transport model is coupled to RAPTOR for the calculation of first-principle-based heat and particle turbulent transport. These extended capabilities are demonstrated in a simulation of a JET discharge. The multi-channel simulation requires ∼0.2 s to simulate 1 second of a JET plasma, corresponding to ∼20 energy confinement times, while predicting experimental profiles within the limits of the transport model. The transport model requires no external inputs except for the boundary condition at the top of the H-mode pedestal. This marks the first time that simultaneous, accurate predictions of Te, Ti and ne have been obtained using a first-principle-based transport code that can run in faster-than-real-time for present-day tokamaks.
RAPTORコードは、制御設計・検証、放電最適化、リアルタイムプラズマシミュレーションなど、様々な用途を持つ制御指向型のコアプラズマプロファイルシミュレータである。これまでRAPTORは、経験的輸送モデルを用いてポロイダル磁束と電子温度の時間発展をシミュレートすることが可能であり、他のプロファイルやプラズマパラメータについてはユーザーによる入力仮定が必要であった。本論文では、イオンと電子の両方の温度時間発展、および粒子密度輸送をシミュレートするためのコードの拡張を提示する。ジャイロ運動論的QuaLiKiz輸送モデルのニューラルネットワークエミュレーションを原理検証としてRAPTORに結合し、第一原理に基づく熱・粒子輸送の計算を実現する。これらの拡張機能は、JET放電のシミュレーションにおいて実証される。このマルチチャンネルシミュレーションは、JETプラズマの1秒をシミュレートするのに約0.2秒を要し、これは約20エネルギー閉じ込め時間に相当する。その際、実験プロファイルを輸送モデルの限界内で予測する。この輸送モデルは、Hモードペデスタル上端の境界条件を除いて外部入力を必要としない。これは、現在のトカマクにおいて実時間より高速で動作する第一原理ベースの輸送コードを用いて、Te、Ti、neの同時かつ正確な予測が達成された初めての事例である。