We assess the accuracy and limitations of two analytic models of the tokamak bootstrap current: (1) the well-known Sauter model (1999 Phys. Plasmas6 2834, 2002 Phys. Plasmas9 5140) and (2) a recent modification of the Sauter model by Koh et al (2012 Phys. Plasmas19 072505). For this study, we use simulations from the first-principles kinetic code NEO as the baseline to which the models are compared. Tests are performed using both theoretical parameter scans as well as core-to-edge scans of real DIII-D and NSTX plasma profiles. The effects of extreme aspect ratio, large impurity fraction, energetic particles, and high collisionality are studied. In particular, the error in neglecting cross-species collisional coupling—an approximation inherent to both analytic models—is quantified. Furthermore, the implications of the corrections from kinetic NEO simulations on MHD equilibrium reconstructions is studied via integrated modeling with kinetic EFIT.
我々は、トカマクのブートストラップ電流に関する2つの解析モデルの精度と限界を評価する：(1) よく知られたSauterモデル（1999 Phys. Plasmas 6 2834、2002 Phys. Plasmas 9 5140）、および (2) KohらによるSauterモデルの最近の修正版（2012 Phys. Plasmas 19 072505）。本研究では、第一原理運動論コードNEOによるシミュレーションを基準として用い、これに対してモデルを比較する。テストは、理論的パラメータスキャンと、実際のDIII-DおよびNSTXプラズマプロファイルのコアからエッジにわたるスキャンの両方を用いて実施する。極端なアスペクト比、大きな不純物割合、高エネルギー粒子、および高衝突性の影響を研究する。特に、種間衝突結合を無視することによる誤差——これは両解析モデルに内在する近似である——を定量化する。さらに、運動論的NEOシミュレーションによる補正がMHD平衡再構成に及ぼす影響を、運動論的EFITを用いた統合モデリングを通じて研究する。