This paper reports on the generic prediction capability of full electromagnetic plasma initiation modelling with DYON, which was carried out for the first time in fusion research by the joint modelling of the International Tokamak Physics Activity—Integrating Operation Scenario group. The following devices were included in the experiment database: VEST (spherical torus, copper coils, Stainless steel wall, R/a = 0.3 m/0.2 m, Vv = 3.7 m3), MAST-U (spherical torus, copper coils, C wall, R/a = 0.7 m/0.5 m, Vv = 55 m3), EAST (conventional tokamak, superconducting coils, metallic wall, R/a = 1.85 m/0.5 m, Vv = 38 m3), DIII-D (conventional tokamak, copper coils, C wall, R/a = 1.67 m/0.65 m, Vv = 35 m3), and KSTAR (conventional tokamak, superconducting coils, C wall, R/a = 1.8 m/0.5 m, Vv = 55 m3). Despite the different hardware features of the devices, the required operating spaces of the loop voltage induction and prefill gas pressure for inductive plasma initiation in each device were successfully reproduced by the predictive simulations with DYON using only the individual hardware design and the control room input data for each discharge. This successful validation across multiple machines demonstrates that the full electromagnetic DYON modelling can capture the essential physics of inductive plasma initiation. The simulation settings commonly employed for all modelling and the modifications necessary to account for the discrepancies between individual devices are reported. Predictions for ITER based on the multi-machine validation indicate that a wide range of prefill gas pressures exists for the Townsend breakdown and the plasma burn-through (0.01–1.5 mPa).
本論文は、国際トカマク物理活動—統合運転シナリオグループの合同モデリングにより核融合研究において初めて実施された、DYONを用いた完全電磁プラズマ立ち上げモデリングの汎用的予測能力について報告する。実験データベースに含まれるのは以下の装置である：VEST（球状トーラス、銅コイル、ステンレス鋼壁、R/a = 0.3 m/0.2 m、Vv = 3.7 m3）、MAST-U（球状トーラス、銅コイル、C壁、R/a = 0.7 m/0.5 m、Vv = 55 m3）、EAST（従来型トーカマク、超伝導コイル、金属壁、R/a = 1.85 m/0.5 m、Vv = 38 m3）、DIII-D（従来型トーカマク、銅コイル、C壁、R/a = 1.67 m/0.65 m、Vv = 35 m3）、KSTAR（従来型トーカマク、超伝導コイル、C壁、R/a = 1.8 m/0.5 m、Vv = 55 m3）。装置のハードウェア仕様の違いにもかかわらず、各装置における誘導プラズマ立ち上げのためのループ電圧誘導と予備充填ガス圧力の必要運転領域は、各放電について個別のハードウェア設計と制御室入力データのみを用いたDYONによる予測シミュレーションによって首尾よく再現された。複数装置にわたるこの成功した検証は、完全電磁DYONモデリングが誘導プラズマ立ち上げの本質的物理を捉えることができることを示している。すべてのモデリングで共通して採用されたシミュレーション設定と、個々の装置間の差異を説明するために必要とされた修正が報告される。複数装置検証に基づくITERに対する予測は、タウンゼント破壊とプラズマバーンスルーについて広範囲の予備充填ガス圧力（0.01–1.5 mPa）が存在することを示している。