This paper presents a quantitative validation of Scrape-Off Layer Plasma Simulation-ITER (SOLPS-ITER) simulations against the TCV-X21 reference case and provides insights into the neutral dynamics and ionization source distribution in this scenario. TCV-X21 is a well-diagnosed diverted L-mode sheath-limited plasma scenario in both toroidal field directions, designed specifically for the validation of turbulence codes (Oliveira, Body et al 2022 Nucl. Fusion62 096001). Five new, neutrals-related observables are added here to the extensive, publicly available TCV-X21 dataset. These are three deuterium Balmer lines in the divertor and neutral pressure measurements in the common and private flux regions. The quantitative agreement metric used in the validation is combined with the conjugate gradient method to approach the SOLPS-ITER input parameters that return the best overall agreement with the experiment. A proof-of-principle test of this method results in a modest improvement in the level-of-agreement; the shortcomings impacting the result and how to improve the methodology are discussed. Alternatively, a scan of the particle and heat diffusion coefficients shows an improvement of 10.4% in the level-of-agreement, approximately twice as high as that achieved by the gradient method. This result is found for an increased transport coefficient compared to what is usually used for TCV L-mode plasmas. The simulations further indicate that ∼65% of the total ionization occurs in the SOL, from which ∼70% in the divertor regions, despite being a sheath-limited regime, motivating the inclusion of self-consistent neutral models in future turbulence simulations on the path towards improved agreement with the experiment.
本論文は、TCV-X21参照ケースに対するScrape-Off Layer Plasma Simulation-ITER (SOLPS-ITER)シミュレーションの定量的検証を提示し、このシナリオにおける中性粒子ダイナミクスと電離源分布に関する洞察を提供する。TCV-X21は、両トロイダル磁場方向における、十分に計測されたダイバータ付きLモードシース制限プラズマシナリオであり、乱流コードの検証のために特別に設計されたものである（Oliveira, Body et al 2022 Nucl. Fusion62 096001）。本論文では、広範かつ公開されているTCV-X21データセットに、中性粒子関連の新しい5つの観測量を追加する。これらは、ダイバータにおける3つの重水素バルマー線と、共通フラックス領域およびプライベートフラックス領域における中性圧力測定値である。検証で使用される定量的一致指標は共役勾配法と組み合わされ、実験との全体的な一致が最良となるSOLPS-ITER入力パラメータに近づける。この方法の原理実証テストにより、一致度は小幅に改善される。結果に影響を与える欠点と方法論の改善方法について議論する。あるいは、粒子および熱拡散係数のスキャンでは、一致度が10.4%改善され、これは勾配法によって達成された改善の約2倍である。この結果は、TCV Lモードプラズマに通常使用される値と比較して増加した輸送係数に対して見られる。シミュレーションはさらに、シース制限領域であるにもかかわらず、総電離の約65%がSOLで発生し、そのうち約70%がダイバータ領域で発生することを示しており、実験との一致改善に向けた将来の乱流シミュレーションにおける自己無撞着な中性粒子モデルの組み込みの動機となる。