This paper provides a comprehensive review of recent advances in modeling and simulation studies investigating edge localized modes (ELMs) and transport physics in edge pedestal of tokamak plasmas. Following an overview of H-mode characteristics, including ELMy and ELM-free regimes, ELM control techniques, and pedestal transport physics, this review focuses on three key areas: advancements in linear and nonlinear MHD simulations to improve understanding ELM physics and access the effectiveness of ELM control techniques; progress in understanding of transport physics of both bulk and impurity plasmas in the edge pedestal, analyzed using gyrokinetic and neoclassical simulations; and the development of predictive models for H-mode pedestal profiles. Notably, the maturity of these approaches now enables meaningful validation through experimental comparisons, including the application of synthetic diagnostics. Building on these developments, this paper addresses critical simulation and modeling challenges that must be resolved to successfully predict robust operation scenarios for ITER and future fusion reactors, aiming to achieve high plasma performance while avoiding destructive transients such as ELMs.
本論文は、トカマクプラズマのエッジペデスタルにおける周辺局在モード(ELM)と輸送物理を調査するモデリングおよびシミュレーション研究の最近の進歩に関する包括的なレビューを提供する。Hモード特性の概要(ELMyおよびELMフリー領域、ELM制御技術、ペデスタル輸送物理を含む)に続いて、本レビューは、ELM物理の理解を深め、ELM制御技術の有効性を評価するための線形および非線形MHDシミュレーションの進展、ジャイロ運動論的および新古典的シミュレーションを用いて解析されたエッジペデスタルにおけるバルクプラズマと不純物プラズマの両方の輸送物理の理解における進展、そしてHモードペデスタルプロファイルの予測モデルの開発という、3つの主要な分野に焦点を当てる。特筆すべきことに、これらのアプローチの成熟により、現在では合成診断の適用を含む実験比較を通じた有意義な検証が可能になっている。これらの発展に基づき、本論文は、ELMのような破壊的な過渡現象を回避しつつ高いプラズマ性能を達成することを目指して、ITERおよび将来の核融合炉のためのロバストな運転シナリオを成功裏に予測するために解決されなければならない重要なシミュレーションおよびモデリング課題に取り組む。