The design of future fusion reactors and their operational scenarios requires an accurate prediction of the plasma confinement. We have developed a new model that integrates different elements describing the main physics phenomena which determine plasma confinement. In particular, we are coupling a new pedestal transport model, based on empirical observations, to the ASTRA transport code, which, together with the TGLF turbulent transport model and the NCLASS neoclassical transport model, allows us to describe transport from the magnetic axis to the separatrix. We also coupled a simple scrape-off layer model to ASTRA, which provides the boundary conditions at the separatrix, which are a function of the main engineering parameters. By this way no experimental data of the kinetic profiles is needed, and the only inputs of the model are the magnetic field, the plasma current, the heating power, the fueling rate, the seeding rate, the plasma boundary, and the effective charge. In the modeling work-flow, first a scan in pedestal pressure is performed, by changing the pedestal width. Then the pedestal top pressure is determined using the MISHKA MHD stability code. This modeling framework is tested by simulating ASDEX Upgrade discharges. We show comparisons with experimental fueling, power, and current scans. The changes of the pedestal structure and the gradients in the plasma core, due to the different combinations of fueling, heating power, and plasma current, are well captured by the model. We also show that the predicted pedestal and global stored energies are in good agreement with the experimental measurements, and more accurate with respect to the prediction of the IPB98(y,2) scaling law. The long term goal is to obtain a robust and complete model which can be used to identify important hidden dependencies affecting global plasma confinement, which are difficult to capture by statistical regressions on global parameters.
将来の核融合炉とその運転シナリオの設計には、プラズマ閉じ込めの正確な予測が必要である。我々は、プラズマ閉じ込めを決定する主要な物理現象を記述する異なる要素を統合した新しいモデルを開発した。特に、我々は経験的観測に基づく新しいペデスタル輸送モデルをASTRA輸送コードに結合している。ASTRA輸送コードは、TGLF乱流輸送モデルおよびNCLASS新古典輸送モデルとともに、磁気軸からセパラトリックスまでの輸送を記述することを可能にする。我々はまた、単純なスクレイプオフ層モデルをASTRAに結合した。このモデルは、主要な工学パラメータの関数であるセパラトリックスにおける境界条件を提供する。この方法により、運動論的プロファイルの実験データは不要であり、モデルの唯一の入力は、磁場、プラズマ電流、加熱パワー、燃料供給率、シーディング率、プラズマ境界、および実効電荷である。モデリングのワークフローでは、まずペデスタル幅を変えることによってペデスタル圧力のスキャンが行われる。次に、ペデスタル頂部圧力がMISHKA MHD安定性コードを用いて決定される。このモデリングフレームワークは、ASDEX Upgradeの放電をシミュレーションすることによって検証される。我々は、実験的な燃料供給、パワー、および電流スキャンとの比較を示す。燃料供給、加熱パワー、およびプラズマ電流の異なる組み合わせによるペデスタル構造とプラズマコア内の勾配の変化は、モデルによってよく再現される。我々はまた、予測されたペデスタルおよび全体の蓄積エネルギーが実験測定値とよく一致し、IPB98(y,2)スケーリング則の予測よりも正確であることを示す。長期的な目標は、グローバルパラメータに対する統計的回帰では捉えることが困難な、全体的なプラズマ閉じ込めに影響を与える重要な隠れた依存関係を特定するために使用できる、堅牢で完全なモデルを得ることである。