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Integrated modelling of steady-state scenarios and heating and current drive mixes for ITER

M. Murakami, J.M. Park, G. Giruzzi, J. Garcia, P. Bonoli, R.V. Budny, E.J. Doyle, A. Fukuyama, N. Hayashi, M. Honda2011年被引用 44Nuclear FusionIF 3出版社

Recent progress on ITER steady-state (SS) scenario modelling by the ITPA-IOS group is reviewed. Code-to-code benchmarks as the IOS group's common activities for the two SS scenarios (weak shear scenario and internal transport barrier scenario) are discussed in terms of transport, kinetic profiles, and heating and current drive (CD) sources using various transport codes. Weak magnetic shear scenarios integrate the plasma core and edge by combining a theory-based transport model (GLF23) with scaled experimental boundary profiles. The edge profiles (at normalized radius ρ = 0.8–1.0) are adopted from an edge-localized mode-averaged analysis of a DIII-D ITER demonstration discharge. A fully noninductive SS scenario is achieved with fusion gain Q = 4.3, noninductive fraction fNI = 100%, bootstrap current fraction fBS = 63% and normalized beta βN = 2.7 at plasma current Ip = 8 MA and toroidal field BT = 5.3 T using ITER day-1 heating and CD capability. Substantial uncertainties come from outside the radius of setting the boundary conditions (ρ = 0.8). The present simulation assumed that βN (ρ) at the top of the pedestal (ρ = 0.91) is about 25% above the peeling–ballooning threshold. ITER will have a challenge to achieve the boundary, considering different operating conditions (Te/Ti ≈ 1 and density peaking). Overall, the experimentally scaled edge is an optimistic side of the prediction. A number of SS scenarios with different heating and CD mixes in a wide range of conditions were explored by exploiting the weak-shear steady-state solution procedure with the GLF23 transport model and the scaled experimental edge. The results are also presented in the operation space for DT neutron power versus stationary burn pulse duration with assumed poloidal flux availability at the beginning of stationary burn, indicating that the long pulse operation goal (3000 s) at Ip = 9 MA is possible. Source calculations in these simulations have been revised for electron cyclotron current drive including parallel momentum conservation effects and for neutral beam current drive with finite orbit and magnetic pitch effects.

日本語訳

ITER定常(SS)シナリオモデリングにおけるITPA-IOSグループによる最近の進展を概説する。IOSグループの共通活動としての、2つのSSシナリオ(弱磁気シアシナリオと内部輸送障壁シナリオ)に対するコード間ベンチマークを、種々の輸送コードを用いた輸送、運動論的プロファイル、加熱および電流駆動(CD)源の観点から議論する。弱磁気シアシナリオは、理論ベースの輸送モデル(GLF23)とスケーリングされた実験的境界プロファイルを組み合わせることで、プラズマコアとエッジを統合する。エッジプロファイル(規格化半径ρ = 0.8–1.0)は、DIII-D ITER実証放電のエッジ局在モード平均解析から採用される。完全非誘導SSシナリオは、プラズマ電流Ip = 8 MA、トロイダル磁場BT = 5.3 Tにおいて、ITER初日加熱・CD能力を用いて、核融合利得Q = 4.3、非誘導割合fNI = 100%、ブートストラップ電流割合fBS = 63%、規格化ベータβN = 2.7で達成される。 substantialな不確実性は、境界条件を設定する半径(ρ = 0.8)の外側から生じる。本シミュレーションでは、ペデスタル上部(ρ = 0.91)におけるβN(ρ)がピーリング・バルーニング閾値を約25%上回ると仮定した。ITERにとってこの境界を達成することは課題となるであろう。なぜなら、異なる運転条件(Te/Ti ≈ 1および密度ピーキング)を考慮する必要があるからである。全体として、実験的にスケーリングされたエッジは予測の楽観的な側面である。GLF23輸送モデルとスケーリングされた実験的エッジを用いた弱シア定常状態解法手順を活用することにより、広範囲の条件における異なる加熱・CD組み合わせを持つ多数のSSシナリオが探索された。その結果は、定常燃焼開始時の想定ポロイダル磁束利用可能量を用いた、DT中性子出力対定常燃焼パルス持続時間の運転領域としても示されており、Ip = 9 MAにおける長時間パルス運転目標(3000秒)が可能であることを示している。これらのシミュレーションにおける源計算は、平行運動量保存効果を含む電子サイクロトロン電流駆動、および有限軌道効果と磁気ピッチ効果を含む中性粒子ビーム電流駆動について修正されている。

装置

iter高精度(タイトル一致)diii-d低精度(概要文一致)

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ITERCurrent driveSteady state
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