The self-consistent simulation of the edge plasma is crucial for exploring the edge plasma solution compatible with high-performance plasma. While self-consistent edge plasma simulation is subject to the large gap between the turbulence and transport time scales, the coupling simulation of the turbulence and transport code is considered a reasonable way with both solid physics foundations and tolerable computational consumption. In this work, for the purpose of implementing the self-consistent turbulence-transport coupling simulation of the edge plasma automatically and efficiently, a simulation framework called edge plasma coupling simulation (EPCS) is developed based on Python. EPCS consists of various components to provide the interfaces for the specified turbulence and transport codes (BOUT++ and SOLPS-ITER at the present stage), the data transfer interfaces between the turbulence and transport code, the code running drivers and the function for configuration of the specified coupling simulation workflow. The inverse bilinear interpolation/bivariate spline interpolation under the flux-surface-aligned coordinate system is used to realize the accurate data transfer between different codes, and the breadth-first search algorithm is adopted to accelerate the interpolation process. A quasi-steady state identification method based on the coefficient of variation is developed to speed up the coupling simulation by terminating the turbulence simulation in time. Based on the components in EPCS, a steady-state coupling simulation workflow is developed, where the edge plasma is simulated by iterations of turbulence and transport codes. The steady-state coupling simulation workflow is validated by comparing the converged plasma profiles with EAST experiments (edge-localized-mode-free stage) at both upstream and divertor target, which implies the capability and flexibility of EPCS for the self-consistent simulation of the edge plasma under steady state.
周辺プラズマの自己無撞着シミュレーションは、高性能プラズマと両立可能な周辺プラズマ解を探求する上で極めて重要である。自己無撞着な周辺プラズマシミュレーションは乱流と輸送の時間スケールの大きな隔たりに制約されるが、乱流コードと輸送コードの結合シミュレーションは、確固たる物理的基盤と許容可能な計算コストの両方を備えた合理的な方法と見なされている。本研究では、周辺プラズマの自己無撞着な乱流・輸送結合シミュレーションを自動的かつ効率的に実行するために、Pythonに基づいて周辺プラズマ結合シミュレーション（EPCS）と呼ばれるシミュレーションフレームワークを開発した。EPCSは、指定された乱流および輸送コード（現段階ではBOUT++およびSOLPS-ITER）用のインターフェース、乱流コードと輸送コード間のデータ転送インターフェース、コード実行ドライバ、および指定された結合シミュレーションワークフローの設定機能を提供するさまざまなコンポーネントから構成される。異なるコード間の高精度なデータ転送を実現するために、磁気面に整合した座標系における逆双線形補間／二変数スプライン補間を用い、補間プロセスを高速化するために幅優先探索アルゴリズムを採用した。結合シミュレーションを高速化するために、乱流シミュレーションを適時に終了させる変動係数に基づく準定常状態同定法を開発した。EPCSのコンポーネントに基づき、乱流コードと輸送コードの反復によって周辺プラズマをシミュレートする定常状態結合シミュレーションワークフローを開発した。定常状態結合シミュレーションワークフローは、上流とダイバータ標的の両方において、収束したプラズマ分布をEAST実験（周辺局在モードのない段階）と比較することにより検証され、定常状態における周辺プラズマの自己無撞着シミュレーションに対するEPCSの能力と柔軟性を示唆している。