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Systematic analysis of magnetic equilibrium reconstruction with eddy currents on LTX-β

R. Shousha, C. Hansen, A. Maan, A.O. Nelson, D.P. Boyle, S. Banerjee, R. Majeski2025年11月Nuclear FusionIF 3出版社

Magnetic equilibrium reconstruction in the Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) is complicated by strong eddy currents and toroidal asymmetries arising from its segmented, close-fitting conducting shell. In the earlier experiment LTX, these three-dimensional (3D) conductor effects significantly distorted diagnostic signals and challenged conventional axisymmetric reconstruction methods. In this work, we demonstrate that accurate plasma equilibria can be recovered on LTX-β by incorporating a small number of dominant eddy current modes derived from realistic conductor models. Using the open-source TokaMaker Grad–Shafranov solver, we reconstruct equilibria across a systematically selected set of LTX-β discharges and validate them against the legacy PSI-Tri hybrid 2D-3D code. Our results show that fully 2D TokaMaker reconstructions achieve significantly improved agreement with flux loop and Mirnov probe measurements, reducing total chi-squared fitting errors, especially during startup. Finally, we develop new hybrid 2D-3D TokaMaker reconstructions by integrating the ThinCurr 3D eddy current model, which we optimize for significant further reduction of chi-squared in most scenarios. These findings underscore the importance of realistic wall-current modeling in short-pulse tokamaks, and establish a physics-based reconstruction framework that is extensible to devices with complex passive structures and 3D wall interactions.

日本語訳

リチウムトカマク実験ベータ(LTX-β)における磁気平衡再構成は、その分割され密着した導体シェルに起因する強い渦電流とトロイダル非対称性によって複雑化している。先行実験LTXでは、これらの三次元(3D)導体効果が診断信号を著しく歪め、従来の軸対称再構成手法に挑戦をもたらした。本研究では、現実的な導体モデルから導出された少数の支配的な渦電流モードを組み込むことにより、LTX-βにおいて正確なプラズマ平衡を回復できることを実証する。オープンソースのTokaMaker Grad–Shafranovソルバを用いて、系統的に選択されたLTX-β放電群にわたって平衡を再構成し、従来のPSI-Triハイブリッド2D-3Dコードに対して検証する。結果は、完全2D TokaMaker再構成が、フラックスループおよびミルノフプローブ測定との一致を有意に改善し、特に立ち上げ中において総カイ二乗フィッティング誤差を低減することを示す。最後に、ThinCurr 3D渦電流モデルを統合した新しいハイブリッド2D-3D TokaMaker再構成を開発し、ほとんどのシナリオでカイ二乗のさらなる有意な低減のために最適化する。これらの知見は、短パルストカマクにおける現実的な壁電流モデリングの重要性を強調し、複雑な受動構造と3D壁相互作用を有する装置に拡張可能な物理ベースの再構成フレームワークを確立する。

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Equilibrium reconstructionEddy current

AIによる論文要約

LTX-βにおける渦電流を考慮した磁気平衡再構成の系統的分析
JAトカマクプラズマの平衡再構成に携わる研究者や学生、特に渦電流の影響を考慮した解析手法を学びたい方#LTXβ #磁気平衡 #渦電流 #トカマク #プラズマ物理
LLM向け: {"Title": "Systematic analysis of magnetic equilibrium reconstruction with eddy …

LTX-βトカマクでは、セグメント化された導体シェルによる強い渦電流とトロイダル非対称性のため、磁気平衡再構成が困難です。本研究では、現実的な導体モデルから導出した主要な渦電流モードを組み込むことで、正確なプラズマ平衡を復元できることを示しました。オープンソースのTokaMaker Grad-Shafranovソルバーを用いて、系統的に選んだ放電の平衡再構成を行い、従来のPSI-Triコードと比較。その結果、2次元再構成で磁束ループやミルノフプローブとの一致が改善され、特に立ち上げ時の誤差が低減しました。さらに、ThinCurr 3D渦電流モデルを統合したハイブリッド2D-3D再構成により、ほとんどのシナリオでカイ二乗誤差が大幅に減少しました。これらの成果は、短パルストカマクにおける現実的な壁電流モデリングの重要性を強調し、複雑な受動構造を持つ装置への拡張可能な枠組みを提供します。

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