The dependence of the confinement of a tokamak plasma in L-mode on the magnetic field is explored with a set of dedicated experiments in ASDEX Upgrade and with a theory-based full-radius modelling approach, based on the ASTRA transport code and the TGLF-SAT2 transport model and only using engineering parameters in input, like those adopted in scaling laws for the confinement time. The experimental results confirm the weak dependence of the global confinement on the magnetic field, consistent with the scaling laws for L-mode plasmas and in agreement with the full-radius TGLF-SAT2 predictions. The modelling approach is then extended to numerically investigate the confinement dependence on magnetic field, plasma current and plasma size. The weak dependence of the L-mode confinement on the magnetic field at constant plasma current and plasma size is shown to be produced by a balance between the decrease of confinement mainly produced by the reduction of the E×B shearing rate and the increase of confinement provided by the reduced gyro-Bohm factor, when the magnetic field is increased. The ASTRA/TGLF-SAT2 predicted increase of confinement with increasing plasma size is investigated in comparison with the predictions of the global confinement scaling laws for L-mode plasmas and the Bohm and gyro-Bohm dependencies of confinement, highlighting interesting similarities and important differences. Full-radius TGLF-SAT2 simulations with increasing plasma size are then extended to dimensions which are compatible with reactor relevant fusion power production, using ITER and the European DEMO as references. ASTRA/TGLF-SAT2 predictions of fusion power and confinement of an L-mode fusion reactor are presented at both 5.7 T and 10 T of magnetic field on the magnetic axis.
Lモードにおけるトカマクプラズマの閉じ込めの磁場依存性を、ASDEX Upgradeでの一連の専用実験と、ASTRA輸送コードおよびTGLF-SAT2輸送モデルに基づき、入力として閉じ込め時間のスケーリング則で採用されるような工学パラメータのみを用いる理論ベースの全半径モデリング手法によって調査する。実験結果は、Lモードプラズマのスケーリング則と整合的であり、全半径TGLF-SAT2予測とも一致する、磁場に対する全体閉じ込めの弱い依存性を確認する。次にこのモデリング手法を拡張し、磁場、プラズマ電流、プラズマサイズに対する閉じ込め依存性を数値的に調べる。プラズマ電流とプラズマサイズを一定にした場合のLモード閉じ込めの磁場に対する弱い依存性は、磁場を増加させたときに、主にE×Bせん断速度の低下によって生じる閉じ込めの減少と、低減されたジャイロボーム因子によってもたらされる閉じ込めの増加との間のバランスによって生じることが示される。ASTRA/TGLF-SAT2が予測するプラズマサイズ増加に伴う閉じ込めの増加を、Lモードプラズマの全体閉じ込めスケーリング則ならびに閉じ込めのボームおよびジャイロボーム依存性の予測と比較して調べ、興味深い類似点と重要な相違点を明らかにする。プラズマサイズを増加させた全半径TGLF-SAT2シミュレーションは、ITERおよび欧州DEMOを参照として、原子炉関連の核融合出力生成と両立する寸法へと拡張される。Lモード核融合炉の核融合出力と閉じ込めに関するASTRA/TGLF-SAT2予測を、磁気軸上で5.7 Tおよび10 Tの磁場の両方について示す。