An accurate magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium reconstruction is an essential starting point for stability and transport plasma analysis. This work describes an approach for obtaining kinetic equilibrium reconstructions using the OMFIT framework, which has been applied for the first time to spherical tokamak data from NSTX and NSTX-U. The EFIT equilibrium solver is integrated with experimental data analysis procedures and subsequent TRANSP transport simulations to enhance the accuracy of the reconstruction, in particular, at the edge region, by adding constraints on the total pressure and current density profiles, based on the transport code solution. The accuracy of the equilibrium reconstruction depends on the uncertainty and number of constraints, as well as the choice of basis functions to represent the pressure and current density profiles. Improved fidelity of the equilibrium reconstruction is demonstrated by reducing the variability of the magnetic axis and boundary locations from several centimeters, for reconstructions based on magnetic and experimental pressure constraints, to only several millimeters, for kinetic reconstructions based on transport code constraints, when different representations of basis functions were tested. The variability of the safety factor on axis was reduced ten times in the same sensitivity study. The accuracy of the equilibrium reconstruction and subsequent mapping of the experimental kinetic profile data have a significant impact on the trapped gyro Landau fluid and linear CGYRO turbulence simulations, which predict different spectra of unstable modes and turbulent fluxes for cases with different numbers of constraints in the equilibrium reconstruction. Conversely, the stability analysis performed using the GATO code shows plasmas that are stable to n = 1 MHD modes in both equilibria using magnetic and experimental pressure constraints as well as the transport code constrained equilibrium. However, a scan of parameters away from these conditions shows considerable deviation in the threshold of unstable modes between these reconstructions. Therefore, for reliable plasma analysis and use in turbulence and stability calculations, a high-fidelity equilibrium reconstruction with accurate kinetic constraints based on transport code solutions is necessary.
正確な磁気流体力学 (MHD) 平衡再構成は、安定性および輸送プラズマ解析のための必須の出発点である。本作業では、OMFITフレームワークを用いて運動論的平衡再構成を取得する手法について説明する。この手法は、NSTXおよびNSTX-Uからの球状トカマクデータに初めて適用された。EFIT平衡ソルバーは、実験データ解析手順およびその後のTRANSP輸送シミュレーションと統合され、輸送コード解に基づく全圧力および電流密度分布への制約を追加することにより、特にエッジ領域における再構成の精度を向上させる。平衡再構成の精度は、制約の不確かさと数、ならびに圧力および電流密度分布を表現するための基底関数の選択に依存する。平衡再構成の忠実度の向上は、異なる基底関数表現を試験した場合に、磁気および実験圧力制約に基づく再構成では数センチメートルであった磁気軸および境界位置の変動が、輸送コード制約に基づく運動論的再構成ではわずか数ミリメートルに低減されることによって実証される。同じ感度試験において、軸上の安全係数の変動は10分の1に低減された。平衡再構成の精度と、その後の実験的運動論的分布データのマッピングは、捕捉ジャイロランダウ流体および線形CGYRO乱流シミュレーションに大きな影響を与える。これらのシミュレーションは、平衡再構成における制約の数が異なる場合に、不安定モードおよび乱流フラックスの異なるスペクトルを予測する。逆に、GATOコードを用いて実施された安定性解析は、磁気および実験圧力制約を用いた平衡と、輸送コードにより制約された平衡の両方において、プラズマがn = 1 MHDモードに対して安定であることを示す。しかしながら、これらの条件から外れたパラメータ走査では、これらの再構成間で不安定モードの閾値にかなりの差異が見られる。したがって、信頼性の高いプラズマ解析および乱流・安定性計算での使用には、輸送コード解に基づく正確な運動論的制約を備えた高忠実度の平衡再構成が必要である。