Rapid inter-discharge simulation and optimization using the RAPTOR code have allowed the development of a reliable and reproducible early heating strategy for an advanced tokamak (AT) scenario on ASDEX Upgrade. Solving for electron heat and current diffusion in RAPTOR with ad-hoc formulas for heat transport and electron cyclotron current drive (ECCD) efficiency is found to robustly recover the coupled dynamics of and q, while maintaining model parameters fixed for all discharges. The pedestal top boundary condition in pre-shot simulations is set by a newly derived scaling law for the electron pressure at ρ = 0.8, using a data set of previous AT discharges. RAPTOR simulations have allowed to develop an understanding of the onset of 3/2 tearing modes, which were observed to have a detrimental impact on confinement when low magnetic shear conditions are present at the rational surface during the high-β phase. Delaying the NBI heating, by a specific time interval found via simulations, has led to avoiding these modes. A non-linear optimization scheme has been applied to optimize the ECCD deposition radii to reach a stationary state with at the beginning of the flat-top phase, while ensuring a non-zero magnetic shear at q = 1.5 throughout the high-β phase, and has been successfully tested in experiment. However, further experiments, aiming for , have highlighted limitations of the present feedforward control approach in the presence of shot-to-shot variations that are not included in the applied model. Application of real-time model-based control is proposed to overcome model-reality mismatches in future work.
RAPTORコードを用いた高速な放電間シミュレーションと最適化により、ASDEX Upgradeにおける先進トカマク(AT)シナリオのための信頼性が高く再現可能な初期加熱戦略の開発が可能となった。熱輸送とECCD効率に対するアドホックな式を用いてRAPTOR内で電子熱と電流拡散を解くことで、モデルパラメータを全ての放電で固定に保ちながら、 とqの結合ダイナミクスを堅牢に再現できることが分かった。プレショットシミュレーションにおけるペデスタル上部境界条件は、以前のAT放電のデータセットを用いて、ρ = 0.8での電子圧力に対する新たに導出されたスケーリング則によって設定される。RAPTORシミュレーションにより、3/2テアリングモードの発生の理解が深まった。このモードは、高β相の間に有理面において低磁気シア条件が存在する場合、閉じ込めに悪影響を及ぼすことが観察されている。シミュレーションによって見出された特定の時間間隔だけNBI加熱を遅延させることで、これらのモードを回避することができた。非線形最適化スキームが、フラットトップ相の開始時に を有する定常状態に到達するためにECCD堆積半径を最適化するために適用され、高β相を通してq = 1.5での磁気シアが非零であることを保証し、実験で成功裏に試験された。しかしながら、 を目標としたさらなる実験により、適用されたモデルに含まれていないショット間変動の存在下での現在のフィードフォワード制御手法の限界が明らかになった。将来の研究において、モデルと現実の不一致を克服するために、リアルタイムモデルベース制御の適用が提案されている。