Flux pumping was achieved in recent hybrid scenario experiments in the ASDEX Upgrade (AUG) tokamak, which is characterized by a sawtooth-free helical quiescent state and the anomalous radial redistribution of toroidal current density and poloidal magnetic flux. In this article, the self-regulation mechanism of the AUG core plasma during flux pumping is investigated at realistic parameters using the JOREK code based on the two-temperature, nonlinear, full magnetohydrodynamic (MHD) model. A key milestone in AUG flux pumping modelling is achieved by quantitatively reproducing the clamped current density and safety factor profiles in the plasma core, demonstrating the effectiveness of the dynamo effect in sustaining the flux pumping state. The dynamo term, which is of particular interest, is primarily generated by the pressure-gradient-driven = 1/1 quasi-interchange-like MHD instability. The work systematically extrapolates the parameter regimes of flux pumping from the above AUG base case by scanning dissipation coefficients and plasma beta. The simulation results reveal bifurcated plasma behaviours at different Hartmann numbers, including distinct states such as flux pumping (helical core with a flat current density), sawteeth (periodic kink-cycling), single crash (without subsequent cycle), and quasi-stationary magnetic island (peaked current density). Transitions from marginal flux-pumping state to sawteeth in long-term simulations are observed and analysed. The relationships between system dissipation, plasma beta, and different plasma states are carefully analysed. For practical purposes, the potential operational window for flux pumping, as determined by plasma density and temperature, is estimated. The modelling efforts advance the understanding of flux pumping and facilitate the development of a fast surrogate model for efficient evaluation of flux pumping.
フラックスポンピングは、ASDEX Upgrade (AUG) トカマクにおける最近のハイブリッドシナリオ実験で達成された。これは、鋸歯状振動のないヘリカル静穏状態と、トロイダル電流密度およびポロイダル磁束の異常な径方向再分布によって特徴づけられる。本論文では、フラックスポンピング中のAUGコアプラズマの自己調整機構を、二温度・非線形・完全磁気流体力学(MHD)モデルに基づくJOREKコードを用いて、現実的なパラメータで調査する。AUGフラックスポンピングモデリングにおける重要なマイルストーンは、プラズマコアにおけるクランプされた電流密度および安全係数プロファイルを定量的に再現することによって達成され、フラックスポンピング状態を維持する上でのダイナモ効果の有効性が実証された。特に注目されるダイナモ項は、主に圧力勾配駆動の = 1/1 準交換型MHD不安定性によって生成される。この研究は、散逸係数とプラズマベータを走査することにより、上記のAUG基準ケースからフラックスポンピングのパラメータ領域を系統的に外挿する。シミュレーション結果は、異なるハルトマン数における分岐したプラズマ挙動を明らかにする。これには、フラックスポンピング(平坦な電流密度を持つヘリカルコア)、鋸歯状振動(周期的キンクサイクリング)、単一クラッシュ(その後のサイクルなし)、および準定常磁気アイランド(ピーク状電流密度)などの異なる状態が含まれる。長期間シミュレーションにおける、限界的なフラックスポンピング状態から鋸歯状振動への遷移が観測され、解析された。システム散逸、プラズマベータ、および異なるプラズマ状態の間の関係が注意深く解析される。実用的な目的のために、プラズマ密度と温度によって決定されるフラックスポンピングの潜在的な運転ウィンドウが推定される。モデリングの取り組みは、フラックスポンピングの理解を進め、フラックスポンピングを効率的に評価するための高速サロゲートモデルの開発を促進する。