Linear plasma devices represent an essential tool for nuclear fusion research, whereby understanding crucial aspects related to plasma-wall interactions or edge plasma behaviour. Simplified models are of great importance to complement and integrate experimental and simulation results of complex systems such as plasmas in linear machines, because they are fast and simple to employ. In this work, we present a global volume-averaged (0D) model for plasma investigation in linear machines. The 0D model equations are based on the space integration of the state of the art edge plasma model implemented in the SOLPS-ITER code. Comparisons between helium plasmas described with 2D simulations performed with SOLPS-ITER and with the 0D model highlight that contributions often neglected in tokamak edge models, e.g. electron-neutral excitation, may be relevant when describing weakly ionized plasmas in linear devices. The model is used to perform sensitivity studies with respect to several parameters and to analyse the time evolution of the system, leading to the identification of two relevant time scales governing the system. Lastly, a comparison of 0D results with experimental data from the linear device GyM is performed, showing satisfactory agreement. Our methods and results provide crucial interpretative keys in the investigation of the physics of edge plasmas.
線形プラズマ装置は、プラズマ・壁相互作用や周辺プラズマ挙動に関連する重要な側面を理解するための必須のツールである。複雑な系、例えば線形装置内のプラズマの実験結果とシミュレーション結果を補完し統合するためには、簡略化されたモデルが極めて重要である。なぜなら、それらは高速かつ簡便に適用できるからである。本論文では、線形装置におけるプラズマ調査のための大域的体積平均（0次元）モデルを提示する。この0次元モデルの方程式は、SOLPS-ITERコードに実装された最先端の周辺プラズマモデルの空間積分に基づいている。SOLPS-ITERによる2次元シミュレーションと0次元モデルによって記述されたヘリウムプラズマの比較は、トカマク周辺プラズマモデルではしばしば無視される寄与、例えば電子-中性粒子衝突励起が、線形装置内の弱電離プラズマを記述する際に重要となり得ることを示している。本モデルを用いて、複数のパラメータに対する感度解析を実施し、系の時間発展を分析した結果、系を支配する2つの関連する時間スケールが特定された。最後に、0次元モデルの結果と線形装置GyMにおける実験データとの比較を行い、満足のいく一致が得られた。本手法と結果は、周辺プラズマ物理の調査における重要な解釈の手掛かりを提供するものである。