Large edge localised modes (ELMs) would cause an unacceptable reduction of material lifetime in future large tokamaks due to the significant amount of energy expelled from the magnetically confined region towards the plasma facing components. Thoroughly validated modelling of regimes devoid of large ELMs is crucial as it may then provide predictive insights prior to tokamak operation and design. This paper describes recent efforts pursued with the non-linear extended MHD code JOREK in the modelling of three scenarios without large ELMs: quiescent H-mode (QH-mode), quasi-continuous exhaust regime (QCE regime), and the enhanced D-alpha H-mode (EDA H-mode). For each of these regimes, the non-linear dynamics observed in the simulations are detailed and compared to experimental observations of the underlying instabilities of each regime (edge harmonic oscillation for QH-mode, small ELMs for QCE regime, and quasi-coherent mode for EDA H-mode). For QH-mode, the kink-peeling mode is found to govern the dynamics and a transition to a large ELM is obtained above the same density threshold as in the modelled experiment. For the QCE regime and EDA H-mode, resistive peeling–ballooning modes dominate and pedestal fluctuation frequencies correspond well to experimental observations. The dominant mechanisms for the excitation and suppression of these instabilities are presented and their influence on simulation dynamics is shown. Finally, predictive simulations of edge instabilities at different values of plasma resistivity in a 4.60 MA scenario with low edge safety factor in JT-60SA are presented.
大型エッジ局在モード(ELM)は、磁気閉じ込め領域からプラズマ対向機器に向かって排出されるかなりの量のエネルギーにより、将来の大型トカマクにおける材料寿命の許容できない低下を引き起こすだろう。大型ELMのない状態の徹底的に検証されたモデリングは、トカマクの運転と設計に先立って予測的洞察を提供し得るため、極めて重要である。本論文では、非線形拡張MHDコードJOREKを用いて、大型ELMのない3つのシナリオ、すなわち静穏Hモード(QHモード)、準連続排気領域(QCE領域)、および強化D-alpha Hモード(EDA Hモード)のモデリングにおける最近の取り組みについて述べる。これらの各状態について、シミュレーションで観測された非線形ダイナミクスが詳述され、各状態の根底にある不安定性(QHモードではエッジ高調波振動、QCE領域では小型ELM、EDA Hモードでは準コヒーレントモード)の実験的観測と比較される。QHモードでは、キンク-ピーリングモードがダイナミクスを支配することが見いだされ、モデル化された実験と同じ密度閾値以上で大型ELMへの遷移が得られた。QCE領域とEDA Hモードでは、抵抗性ピーリング–バルーニングモードが支配的であり、ペデスタル揺動周波数は実験的観測とよく対応している。これらの不安定性の励起と抑制の支配的メカニズムが示され、シミュレーションのダイナミクスへのそれらの影響が示される。最後に、JT-60SAにおける低周辺安全係数を持つ4.60 MAシナナリオで、プラズマ抵抗率の異なる値における周辺不安定性の予測シミュレーションが示される。