The International Tokamak Physics Activity topical group on integrated operational scenarios has compiled a database of stationary H-mode discharges at q95 ~ 3 from AUG, C-Mod, DIII-D, JET and JT-60U, for both carbon wall and high-Z metal wall experiments with ~3300 entries. The analyses focus on discharges that are stationary for ⩾5 thermal energy confinement times to evaluate the baseline scenario proposed for ITER at 15 MA for achieving its goals of Q = 10, fusion power of 500 MW at normalised pressure, βN = 1.8 and normalised confinement as predicted by the standard H-mode scaling, H98y2 = 1. With the data restricted to stationary H-modes at q95 ~ 3, the database shows significant variation of thermal energy confinement compared to the standard H-mode scaling (IPB98(y,2)) in dimensionless form. The data show similar scaling with normalised gyro-radius, but more favourable scaling towards lower collision frequency and more favourable scaling with plasma beta. Using all the engineering variables employed in IPB98(y,2), results in an overfit due to correlations among the data. Moreover, there are significant residual trends in the confinement for plasma current, device size, loss power, and in particular for the plasma density. Significant differences between results obtained for devices with a carbon wall and high-Z metal wall are observed in the data, with data from carbon wall devices providing a larger operating space, encompassing ITER parameters or even exceeding them. H-modes in high-Z metal wall devices have, so-far, not accessed conditions at low collision frequencies, have lower normalised confinement (H98y2 ~ 0.8–0.9) at low input power or beta, achieving H98y2 ~ 1.0 only at input powers two times the L- to H-mode transition scaling predictions and at βN ~ 2.0. Hence, only the best H-modes with high-Z metal walls reach ITER baseline performance requirements. The data show that operating at high plasma density, with line-averaged density at 85% of Greenwald density is achievable for H98y2 > 0.95 for a range of plasma configurations, and that operation at low plasma inductance with li(3) ~ 0.7–0.75 is feasible. Scenario simulations employed for projecting the plasma performance in ITER should incorporate a lower thermal confinement at low plasma beta for the entry to burn and provide projections using higher levels of plasma core radiation by plasma impurities. Moreover, ITER projections should not subtract the core radiation in the evaluation of the thermal confinement time and H98y2, to allow a fair comparison with experimental data currently available. From the data presented here, it is likely that in ITER the energy confinement time will not increase with plasma density and will have no degradation with plasma beta. The analyses indicate that the data at q95 ~ 3 are consistent with achievement of the ITER mission goals at 15 MA.
国際トカマク物理活動の統合運転シナリオに関する専門家グループは、AUG、C-MOD、DIII-D、JET、JT-60Uから、炭素壁および高Z金属壁の両方の実験について、q95≈3における定常Hモード放電のデータベースを編纂した。このデータベースには約3300件のエントリが含まれている。解析は、ITERで提案されている15 MAのベースラインシナリオの性能を評価するために、熱エネルギー閉じ込め時間が5倍以上の定常放電に焦点を当てている。このシナリオは、Q=10、核融合出力500 MW、規格化圧力βN=1.8、標準Hモードスケーリング則IPB98(y,2)による規格化閉じ込めH98y2=1を目標としている。データをq95≈3の定常Hモードに限定すると、無次元形式での熱閉じ込めは標準Hモードスケーリング則(IPB98(y,2))と比較して有意なばらつきを示す。データは、規格化ジャイロ半径に対しては同様のスケーリングを示すが、衝突周波数が低いほど有利なスケーリングを示し、プラズマベータに対してもより有利なスケーリングを示す。IPB98(y,2)で用いられている全ての工学的変数を用いると、変数間の相関により過剰適合が生じる。さらに、プラズマ電流、装置規模、損失電力、特にプラズマ密度に対して、閉じ込めに有意な残差トレンドが存在する。炭素壁装置と高Z金属壁装置で得られた結果の間には有意な差が観測され、炭素壁装置のデータはより広い運転領域を提供し、ITERのパラメータ範囲を包含するか、それを超えている。高Z金属壁装置のHモードは、これまでのところ低衝突周波数条件に到達しておらず、低入力電力または低ベータでは低い規格化閉じ込め(H98y2≈0.8–0.9)を示し、H98y2≈1.0を達成するにはL-H遷移スケーリング予測の2倍の入力電力とβN≈2.0が必要である。したがって、高Z金属壁装置で最高のHモードのみがITERベースライン性能要件を満たす。データは、H98y2>0.95の場合、線平均密度がグリーンワルド密度の85%での運転が様々なプラズマ配位で達成可能であることを示し、低プラズマインダクタンスli(3)≈0.7–0.75での運転も実現可能であることを示している。ITERのプラズマ性能予測に用いるシナリオシミュレーションでは、燃焼開始時の低ベータにおける熱閉じ込めの低下を考慮し、プラズマ不純物によるコア放射をより高く見積もるべきである。さらに、ITERの性能予測では、実験データとの公正な比較のため、熱閉じ込め時間とH98y2の評価からコア放射を差し引くべきではない。提示されたデータから、ITERではエネルギー閉じ込め時間はプラズマ密度とともに増加せず、プラズマベータによる劣化もない可能性が高い。解析は、q95≈3のデータが15 MAでのITERミッション目標の達成と整合的であることを示している。