DYON is a plasma initiation modelling code that solves the differential equation system of the full circuit equations (plasma current, active coil currents and eddy currents in full passive structures) and 0D global energy and particle balance equations (Kim 2022 Nucl. Fusion62 126012). In order to test the capability of the full electromagnetic plasma initiation model to predict individual discharges in experiments and thus the operating space in the device, a dedicated experimental database was built in MAST-U by scanning the prefilled gas pressure p0 and the induced loop voltage . In the experimental operating space of p0 and the lower and the upper limits of p0 are determined by the plasma breakdown failure and the plasma burn-through failure, respectively. The lower limit of is determined by the plasma burn-through failure. By directly reading the control room data used in each discharge (i.e. currents in the solenoid, poloidal field coils, and toroidal field coils, p0, and gas puffing rate), the full electromagnetic DYON consistently predicted the failed breakdown, failed burn-through, and successful plasma initiation discharges in the experimental database, demonstrating its capability to predict the operating space for inductive plasma initiation. The Paschen curve calculated with the effective connection length in MAST-U indicates a much higher p0 required for plasma breakdown than the experimental data, indicating that individual field line evaluation is necessary to calculate the quantitative requirements for Townsend breakdown. The demonstration in this paper shows that the full electromagnetic DYON could be a useful simulation tool to assess the feasibility of inductive plasma initiation and to optimise operating scenarios in future devices.
DYONは、全回路方程式（プラズマ電流、活性コイル電流、および全受動構造物における渦電流）と0次元の全体エネルギー・粒子バランス方程式（Kim 2022 Nucl. Fusion 62 126012）を解くプラズマ開始モデリングコードである。全電磁プラズマ開始モデルが個々の実験における放電を予測し、それによって装置の運転領域を予測する能力を検証するため、MAST-Uにおいて予備充填ガス圧力p₀と誘導ループ電圧を走査した専用の実験データベースを構築した。p₀と誘導ループ電圧の実験運転領域において、下限値と上限値はそれぞれプラズマの絶縁破壊失敗とプラズマのバーンスルー失敗によって決定される。各放電で使用された制御室データ（ソレノイドコイル、ポロイダル磁場コイル、トロイダル磁場コイルの電流、p₀、ガス注入速度）を直接読み取ることにより、全電磁DYONモデルは、実験データベースにおける絶縁破壊失敗、バーンスルー失敗、およびプラズマ開始成功の放電を一貫して予測し、誘導プラズマ開始の運転領域を予測する能力を実証した。MAST-Uにおける有効連結長を用いて計算されたパッシェン曲線は、実験データよりもはるかに高いp₀をプラズマ絶縁破壊に必要とすることを示しており、タウンゼント絶縁破壊の定量的要件を計算するには個別の磁力線評価が必要であることを示している。本論文の実証により、全電磁DYONは誘導プラズマ開始の実現可能性を評価し、将来の装置における運転シナリオを最適化するための有用なシミュレーションツールとなり得ることが示された。