Future fusion reactors will require real-time detachment control to maintain divertor heat and particle fluxes within material limits. Here, we assess the time-dependent 1D scrape-off-layer model DIV1D as a reduced-order plant model for detachment controller design by benchmarking its steady-state predictions and control-relevant dynamics for a MAST-U H-mode scenario, respectively, against SOLPS-ITER simulations and experimental data. After tuning a small set of free parameters, DIV1D reproduces the main quantities from 1D mapped SOLPS profiles. Density-ramp and molecular-puffing scans show that DIV1D captures the trends in key target quantities. Multi-sine system-identification simulations show that baseline DIV1D responds faster than MAST-U system-identification experiments (Kool et al 2025 Nat. Energy101116–31). The agreement improves substantially when the total particle throughput is reduced to experimentally representative levels. This result demonstrates that the total particle throughput in the global particle balance is a key determinant of the modeled control-relevant dynamics and must be represented accurately for reliable plant-model behavior. These findings establish DIV1D as a useful tool for model-based detachment controller design on MAST-U, with direct relevance to next-step devices, where experimental system-identification opportunities will be limited and reduced-order models will be essential for pre-operational controller development.
将来の核融合炉では、ダイバータの熱流束と粒子束を材料限界内に維持するために、リアルタイムのデタッチメント制御が必要となる。ここでは、MAST-UのHモードシナリオについて、定常状態予測と制御関連ダイナミクスをそれぞれSOLPS-ITERシミュレーションおよび実験データと比較検証することにより、時間依存1Dスクレイプオフ層モデルDIV1Dをデタッチメント制御器設計のための低次元プラントモデルとして評価する。少数の自由パラメータを調整した後、DIV1Dは1DマッピングされたSOLPSプロファイルから主要量を再現する。密度ランプおよび分子パフ注入スキャンは、DIV1Dが主要ターゲット量の傾向を捉えることを示している。マルチサイン波システム同定シミュレーションは、ベースラインDIV1DがMAST-Uのシステム同定実験（Kool et al 2025 Nat. Energy 10 1116–31）よりも速く応答することを示している。総粒子スループットを実験的に代表的なレベルに低減すると、一致度は大幅に改善する。この結果は、全体の粒子バランスにおける総粒子スループットが、モデル化された制御関連ダイナミクスの主要な決定要因であり、信頼性の高いプラントモデル挙動のために正確に表現されなければならないことを実証している。これらの知見は、DIV1DがMAST-Uにおけるモデルベースのデタッチメント制御器設計のための有用なツールであることを確立するものであり、実験的なシステム同定の機会が限られ、低次元モデルが事前運転制御器開発に不可欠となる次段階の装置に直接関連するものである。