The density limit is a fundamental operational boundary in tokamaks. The accurate prediction of this limit is crucial for attaining higher-density, higher-confinement plasma operations while mitigating the risk of disruptions. Although the Greenwald scaling law is a classical formula used to predict this density limit, recent experiments on the EAST tokamak have repeatedly surpassed its predictions. Therefore, there is an urgent need to establish a more accurate predictive formula for the density limit on EAST. To address this challenge, this work first defines the density limit operationally by the onset of a key physical precursor: the multifaceted asymmetric radiation from the edge (MARFE). Building on this criterion, we apply symbolic regression (SR) with genetic programming, constrained by physics-informed priors, to derive a compact and interpretable density limit formula for EAST directly from a finite set of experimental data. On the unseen test set, the density limit formula achieves (mean absolute percentage error) MAPE = 7.33%. Compared with Greenwald’s results on the test set (MAPE = 32.59%), our formula offers higher predictive accuracy. By performing magnetohydrodynamic simulations with parameter scans over scrape-off layer power, q95, elongation, and minor radius, we obtained their scaling exponents whose scaling relationships exhibit a trend consistent with the SR results. Further simulations indicate that enhanced thermal cooling leads to increased MARFE displacement, while thermal contraction further drives the growth of tearing mode. The subsequent development of tearing mode may eventually trigger disruptions, which could explain why density-limit disruptions in EAST often occur following MARFE movement.
密度限界はトカマクにおける基本的な運転境界である。この限界の正確な予測は、高密度・高閉じ込め運転を達成しつつディスラプションのリスクを軽減するために極めて重要である。グリーンワルド則はこの密度限界を予測するための古典的な式であるが、EASTにおける最近の実験はその予測を繰り返し上回っている。したがって、EASTにおける密度限界のより正確な予測式を確立することが緊急に求められている。この課題に取り組むため、本研究ではまず密度限界を、主要な物理的前駆現象である周辺部からの多面的非対称放射（MARFE）の発生によって運転上定義する。この基準に基づき、物理に基づく事前分布（物理インフォームド事前分布）によって制約された遺伝的プログラミングを用いた記号回帰（SR）を適用し、有限の実験データセットからEASTのための簡潔で解釈可能な密度限界式を直接導出する。未見のテストセットにおいて、この密度限界式は平均絶対パーセント誤差（MAPE）= 7.33%を達成する。グリーンワルドの結果（テストセットにおけるMAPE = 32.59%）と比較すると、我々の式はより高い予測精度を提供する。スクレイプオフ層パワー、q95、伸長度、および小半径にわたるパラメータスキャンを用いた磁気流体力学（MHD）シミュレーションを実行することにより、それらのスケーリング指数を取得し、そのスケーリング関係はSRの結果と一致する傾向を示す。さらなるシミュレーションは、強化された熱冷却がMARFEの変位の増大をもたらし、熱収縮がテアリングモードの成長をさらに駆動することを示している。テアリングモードのその後の発展は最終的にディスラプションを引き起こす可能性があり、これによりEASTにおける密度限界ディスラプションがMARFEの移動後にしばしば発生する理由を説明できる。