This paper explores the process of runaway electron (RE) formation during the start-up of a tokamak discharge. This has been done by simulating the process of RE generation and, importantly their losses, self-consistently with the behavior of many other discharge parameters, using the SCENPLINT code, which has been updated to include RE physics. For the first time, an attempt is made to compare such simulations with experimental observations on start-up RE formation at JET. This proved to be a difficult task due to the many parameters that are self-consistently calculated by the code, the possible explosive growth of RE and the fact that the diagnosis of the simulated parameters is not always very accurate. A sensitivity study on the impact of various simulation assumptions was conducted. It was found that because during the JET start-up the ratio of the electric field to the critical electric field, E/Ec is limited, using the secondary generation model proposed by Aleynikov and Breizman (Phys. Rev. Lett.114 155001) ensures a better match to the experimental observations. This model predicts a reduced secondary generation when E/Ec < 5 for start-up plasmas. Furthermore, the simulation results depended strongly on the assumed level of RE losses. Assuming the RE confinement time scales with the discharge current provide a better result. It was not, however, possible to determine which RE loss model, one based on drift-orbit losses or another based on RE diffusion due to magnetic turbulence, provided a better match to the experimental observations. These findings will be crucial to improve predictions of start-up RE formation in future devices such as ITER.
本論文は、トカマク放電の立ち上げ中における runaway electron (RE) 形成の過程を探求するものである。これは、RE生成と、重要なことにその損失の過程を、SCENPLINTコードを用いて、多くの他の放電パラメータの挙動と自己無撞着にシミュレーションすることによって行われた。SCENPLINTコードはRE物理を含むように更新されている。初めて、そのようなシミュレーションとJETにおける立ち上げ中のRE形成に関する実験観測との比較が試みられた。これは、コードによって自己無撞着に計算される多くのパラメータ、REの爆発的成長の可能性、およびシミュレーションされたパラメータの診断が必ずしも正確ではないという事実のために、困難な課題であることが判明した。様々なシミュレーション仮定の影響に関する感度研究が実施された。JETの立ち上げ中は電場と臨界電場の比 E/Ec が限られているため、Aleynikov and Breizman (Phys. Rev. Lett.114 155001) によって提案された二次生成モデルを用いることが、実験観測とのより良い一致を保証することが見出された。このモデルは、立ち上げプラズマにおいて E/Ec < 5 の場合、二次生成の減少を予測する。さらに、シミュレーション結果は、仮定されたRE損失レベルに強く依存した。RE閉じ込め時間が放電電流に比例すると仮定することが、より良い結果をもたらした。しかしながら、ドリフト軌道損失に基づくRE損失モデルと、磁気乱流によるRE拡散に基づく別のモデルのどちらが実験観測とより良く一致するかを決定することはできなかった。これらの知見は、ITERのような将来の装置における立ち上げ中のRE形成の予測を改善するために極めて重要となるだろう。