A direct quantitative comparison of scrape-off layer (SOL) filament properties obtained from fluid turbulence simulations with the GBS code and from experiments on the Tokamak à configuration variable (TCV) tokamak is performed within the TCV-X21 validation case. This comparison is made possible by extending the open TCV-X21 dataset with 2D turbulence measurements obtained with gas puff imaging (GPI), providing critical information on the size, velocity, and other key characteristics of turbulent filaments at the outboard midplane and in the divertor region. For the comparison, GBS simulations of TCV-X21 are analyzed using a dedicated synthetic GPI diagnostic that models the neutral helium-plasma interaction and emission processes and accounts for line-integration effects. Poloidal and radial filament velocities are found to be in good agreement between simulations and experiments, while the simulations overestimate the filament radial and poloidal sizes. The simulations further indicate that filaments in the SOL are predominantly represented by density perturbations rather than temperature perturbations, consistent with previous assumptions in experimental analyses of cross-field turbulent transport from GPI data. The direction of the poloidal velocity of filaments in this scenario is found to agree with the time-averaged direction at the outboard midplane and X-point region, but not in the divertor leg. Possible explanations are proposed and discussed, highlighting the influence of the instantaneous velocity components in both poloidal and radial directions. This study provides new insights into turbulent filament behavior and contributes to guiding future efforts to improve first-principles simulations of the boundary plasma.
GBSコードを用いた流体乱流シミュレーションと、Tokamak à configuration variable (TCV)トカマクにおける実験から得られたスクレイプオフ層(SOL)フィラメント特性の直接的な定量的比較を、TCV-X21検証ケース内で実施した。この比較は、オープンなTCV-X21データセットを、ガスパフイメージング(GPI)を用いて得られた2次元乱流測定で拡張することにより可能となり、外側中平面およびダイバータ領域における乱流フィラメントのサイズ、速度、およびその他の主要特性に関する重要な情報を提供する。比較のため、TCV-X21のGBSシミュレーションを、中性ヘリウム-プラズマ相互作用と発光過程をモデル化し、視線積分効果を考慮した専用の合成GPI診断を用いて解析した。ポロイダルおよびラジアル方向のフィラメント速度は、シミュレーションと実験の間で良好な一致が見られた一方、シミュレーションはフィラメントのラジアル方向およびポロイダル方向のサイズを過大評価した。さらにシミュレーションは、このシナリオにおけるSOL内のフィラメントが、GPIデータからの磁場横断乱流輸送の実験的解析における従来の仮定と整合的に、温度摂動ではなく密度摂動によって主に表現されることを示した。このシナリオにおけるフィラメントのポロイダル速度の方向は、外側中平面およびX点領域における時間平均されたE×B方向とは一致するが、ダイバータ脚部では一致しないことが見出された。可能な説明が提案され考察され、ポロイダル方向およびラジアル方向の両方における瞬間的なE×B速度成分の影響が強調された。本研究は、乱流フィラメント挙動への新たな知見を提供し、境界プラズマの第一原理シミュレーションを改善するための今後の取り組みを導くことに貢献する。