JOREK is a massively parallel fully implicit non-linear extended magneto-hydrodynamic (MHD) code for realistic tokamak X-point plasmas. It has become a widely used versatile simulation code for studying large-scale plasma instabilities and their control and is continuously developed in an international community with strong involvements in the European fusion research programme and ITER organization. This article gives a comprehensive overview of the physics models implemented, numerical methods applied for solving the equations and physics studies performed with the code. A dedicated section highlights some of the verification work done for the code. A hierarchy of different physics models is available including a free boundary and resistive wall extension and hybrid kinetic-fluid models. The code allows for flux-surface aligned iso-parametric finite element grids in single and double X-point plasmas which can be extended to the true physical walls and uses a robust fully implicit time stepping. Particular focus is laid on plasma edge and scrape-off layer (SOL) physics as well as disruption related phenomena. Among the key results obtained with JOREK regarding plasma edge and SOL, are deep insights into the dynamics of edge localized modes (ELMs), ELM cycles, and ELM control by resonant magnetic perturbations, pellet injection, as well as by vertical magnetic kicks. Also ELM free regimes, detachment physics, the generation and transport of impurities during an ELM, and electrostatic turbulence in the pedestal region are investigated. Regarding disruptions, the focus is on the dynamics of the thermal quench (TQ) and current quench triggered by massive gas injection and shattered pellet injection, runaway electron (RE) dynamics as well as the RE interaction with MHD modes, and vertical displacement events. Also the seeding and suppression of tearing modes (TMs), the dynamics of naturally occurring TQs triggered by locked modes, and radiative collapses are being studied.
JOREKは、現実的なトカマクX点プラズマのための大規模並列完全陰解法非線形拡張磁気流体力学(MHD)コードである。これは、大規模なプラズマ不安定性とその制御を研究するための広く使用される汎用シミュレーションコードとなり、欧州核融合研究プログラムおよびITER機構に強く関与する国際コミュニティにおいて継続的に開発されている。本論文は、実装されている物理モデル、方程式を解くために適用される数値手法、およびこのコードを用いて行われた物理研究の包括的な概要を提供する。専用のセクションでは、このコードに対して行われた検証作業の一部を強調している。自由境界および抵抗壁拡張、ハイブリッド運動論-流体モデルを含む、異なる物理モデルの階層が利用可能である。このコードは、単一および二重X点プラズマにおけるフラックス面に整合した等パラメトリック有限要素グリッドを可能にし、これは実際の物理壁まで拡張でき、堅牢な完全陰解法時間ステップ法を使用する。特に重点が置かれているのは、プラズマ端部およびスクレイプオフ層(SOL)物理、ならびにディスラプション関連現象である。JOREKを用いて得られたプラズマ端部およびSOLに関する主要な成果には、周辺局在化モード(ELM)のダイナミクス、ELMサイクル、および共鳴磁気摂動、ペレット入射、ならびに垂直磁気キックによるELM制御への深い洞察が含まれる。また、ELMフリー領域、ダイバータ剥離物理、ELM中の不純物の生成と輸送、ペデスタル領域における静電乱流も調査されている。ディスラプションに関しては、大量ガス入射および破砕ペレット入射によって引き起こされる熱クエンチ(TQ)および電流クエンチのダイナミクス、逃走電子(RE)ダイナミクス、ならびにMHDモードとのRE相互作用、および垂直変位事象に焦点が当てられている。また、テアリングモード(TM)のシーディングと抑制、ロックモードによって引き起こされる自然発生TQのダイナミクス、および放射崩壊も研究されている。