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3D radiated power analysis of JET SPI discharges using the Emis3D forward modeling tool

B. Stein-Lubrano, R. Sweeney, D. Bonfiglio, J. Lovell, P. Carvalho, L. Baylor, R.S. Granetz, S. Jachmich, E. Joffrin, M. Kong2024年Nuclear FusionIF 3出版社

Precise values for radiated energy in tokamak disruption experiments are needed to validate disruption mitigation techniques for burning plasma tokamaks like ITER and SPARC. Control room analysis of radiated power (Prad) on JET assumes axisymmetry, since fitting 3D radiation structures with limited bolometry coverage is an under-determined problem. In mitigated disruptions, radiation is toroidally asymmetric and 3D, due to fast-growing 3D MHD modes and localized impurity sources. To address this problem, Emis3D adopts a physics motivated forward modeling ('guess and check') approach, comparing experimental bolometry data to synthetic data from user-defined radiation structures. Synthetic structures are observed with the Cherab modeling framework and a best fit chosen using a reduced χ2 statistic. 2D tomographic inversion models are tested, as well as helical flux tubes and 3D MHD simulated structures from JOREK. Two nominally identical pure neon shattered pellet injection (SPI) mitigated discharges in JET are analyzed. 2D tomographic inversions with added toroidal freedom are the best fits in the thermal quench (TQ) and current quench (CQ). In the pre-TQ, 2D reconstructions are statistically the best fits, but are likely over-optimized and do not capture the 3D radiation structure seen in fast camera images. The next-best pre-TQ fits are helical structures that extend towards the high-field side, consistent with an impurity flow under the magnetic nozzle effect also observed in JOREK simulations. Whole-disruption radiated fractions of and are found, suggesting that the stored energy may have been fully mitigated by each SPI, although mitigation efficiencies well below ITER and SPARC requirements for high energy pulses are still within the large uncertainties. Emis3D is also used to validate JOREK SPI simulations, and confirms improvements in matching experiment from changes to impurity modeling. Time-dependent toroidal peaking factors are calculated and discussed.

日本語訳

トカマクディスラプション実験における放射エネルギーの精密な値は、ITERやSPARCのような燃焼プラズマトカマクのためのディスラプション緩和技術を検証するために必要である。JETにおける放射パワー(Prad)の制御室解析は、限られたボロメトリカバレッジで3次元放射構造をフィッティングすることは不良設定問題であるため、軸対称性を仮定している。緩和されたディスラプションでは、急速に成長する3次元MHDモードと局在した不純物源により、放射はトロイダル方向に非対称で3次元的である。この問題に対処するため、Emis3Dは物理に動機づけられた前方モデリング(「推測と確認」)アプローチを採用し、実験ボロメトリデータをユーザー定義の放射構造からの合成データと比較する。合成構造はCherabモデリングフレームワークで観測され、換算χ2統計量を用いて最良適合が選ばれる。2次元トモグラフィー逆変換モデルに加え、らせん磁束管およびJOREKからの3次元MHDシミュレーション構造がテストされる。JETにおける2つの名目上同一の純ネオン破砕ペレット注入(SPI)緩和放電が解析される。トロイダル自由度を追加した2次元トモグラフィー逆変換は、熱クエンチ(TQ)および電流クエンチ(CQ)において最良適合である。pre-TQでは、2次元再構成が統計的に最良適合であるが、過剰最適化されている可能性が高く、高速カメラ画像で見られる3次元放射構造を捉えていない。次に良いpre-TQ適合は、高磁場側に向かって延びるらせん構造であり、JOREKシミュレーションでも観測される磁気ノズル効果の下での不純物流と一致する。全体ディスラプション放射割合として と が見出され、各SPIによって蓄積エネルギーが完全に緩和された可能性が示唆されるが、高エネルギーパルスに対するITERおよびSPARC要件をはるかに下回る緩和効率も依然として大きな不確実性の範囲内にある。Emis3Dはまた、JOREK SPIシミュレーションの検証にも使用され、不純物モデリングの変更による実験との一致の改善を確認する。時間依存のトロイダルピーキング係数が計算され、議論される。

装置

jet高精度(タイトル一致)iter中精度(概要文一致)

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JET
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