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The modeling of a tokamak plasma discharge, from first principles to a flight simulator

E Fable, F Janky, W Treutterer, M Englberger, R Schramm, M Muraca, C Angioni, O Kudlacek, E Poli, M Reich2022年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A newly developed tool to simulate a tokamak full discharge is presented. The tokamak 'flight simulator' Fenix couples the tokamak control system with a fast and reduced plasma model, which is realistic enough to take into account several of the plasma non-linearities. A distinguishing feature of this modeling tool is that it only requires the pulse schedule (PS) as input to the simulator. The output is a virtual realization of the full discharge, whose time traces can then be used to judge if the PS satisfies control/physics goals or needs to be revised. This tool is envisioned for routine use in the control room before each pulse is performed, but can also be used off-line to correct PS in advance, or to develop and validate reduced models, control schemes for future machines like a commercial reactor, simulating realistic actuators and sensors behavior.

日本語訳

トカマク全体放電をシミュレートするための新しく開発されたツールを提示する。トカマク「フライトシミュレータ」Fenixは、トカマク制御システムと高速かつ低次元のプラズマモデルを結合したものであり、このモデルは複数のプラズマ非線形性を考慮するのに十分な現実性を備えている。このモデリングツールの際立った特徴は、シミュレータへの入力としてパルススケジュール(PS)のみを必要とすることである。出力は全体放電の仮想的な実現であり、その時間履歴を用いて、PSが制御目標および物理目標を満たすかどうか、あるいは修正が必要かどうかを判断できる。このツールは、各パルス実施前に制御室で日常的に使用されることが想定されているが、オフラインでPSを事前に修正するため、あるいは将来の装置(商業炉など)向けの低次元モデルや制御方式を開発・検証するために、現実的なアクチュエータおよびセンサの挙動を模擬して使用することもできる。

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