This paper discusses predictive transport simulations of the type I ELMy high confinement mode (H-mode) with a theory-motivated edge localized mode (ELM) model based on linear ballooning and peeling mode stability theory. In the model, a total mode amplitude is calculated as a sum of the individual mode amplitudes given by two separate linear differential equations for the ballooning and peeling mode amplitudes. The ballooning and peeling mode growth rates are represented by mutually analogous terms, which differ from zero upon the violation of a critical pressure gradient and an analytical peeling mode stability criterion, respectively. The damping of the modes due to non-ideal magnetohydrodynamic effects is controlled by a term driving the mode amplitude towards the level of background fluctuations. Coupled to simulations with the JETTO transport code, the model qualitatively reproduces the experimental dynamics of type I ELMy H-mode, including an ELM frequency that increases with the external heating power. The dynamics of individual ELM cycles is studied. Each ELM is usually triggered by a ballooning mode instability. The ballooning phase of the ELM reduces the pressure gradient enough to make the plasma peeling unstable, whereby the ELM continues driven by the peeling mode instability, until the edge current density has been depleted to a stable level. Simulations with current ramp-up and ramp-down are studied as examples of situations in which pure peeling and pure ballooning mode ELMs, respectively, can be obtained. The sensitivity with respect to the ballooning and peeling mode growth rates is investigated. Some consideration is also given to an alternative formulation of the model as well as to a pure peeling model.
本論文は、線形バルーニングモードおよびピーリングモード安定性理論に基づく理論動機付け型ELMモデルを用いた、タイプI ELMy Hモードの予測的輸送シミュレーションについて論じる。本モデルでは、全モード振幅は、バルーニングモードおよびピーリングモード振幅に対する2つの独立した線形微分方程式によって与えられる個々のモード振幅の和として計算される。バルーニングモードおよびピーリングモードの成長率は、それぞれ臨界圧力勾配および解析的ピーリングモード安定性基準の違反時にゼロから非ゼロへ変化する、相互に類似した項によって表現される。非理想磁気流体力学効果によるモードの減衰は、モード振幅を背景ゆらぎレベルへと駆動する項によって制御される。JETTO輸送コードを用いたシミュレーションにより、本モデルは、外部加熱パワーの増加に伴うELM周波数の増加を含む、タイプI ELMy Hモードの実験的ダイナミクスを定性的に再現する。個々のELMサイクルのダイナミクスが研究される。各ELMは通常、バルーニングモード不安定性によって引き起こされる。ELMのバルーニング位相は圧力勾配を十分に低減させ、プラズマをピーリング不安定にし、それによりELMはピーリングモード不安定性によって駆動され続け、端部電流密度が安定レベルまで減少するまで継続する。電流ランプアップおよびランプダウンを用いたシミュレーションが、それぞれ純粋なピーリングモードELMおよび純粋なバルーニングモードELMが得られる状況の例として研究される。バルーニングモードおよびピーリングモードの成長率に対する感度が調査される。また、モデルの代替定式化および純粋なピーリングモデルについても考察が行われる。