Burning plasma performance, transport, and the effect of hydrogen isotope (H, D, D-T fuel mix) on confinement has been predicted for ITER baseline scenario (IBS) conditions using nonlinear gyrokinetic profile predictions. Accelerated by surrogate modeling (Rodriguez-Fernandez et al 2022 Nucl. Fusion62 076036), high fidelity, nonlinear gyrokinetic simulations performed with the CGYRO code (Candy et al 2016 J. Comput. Phys.324 73), were used to predict profiles of Ti, Te, and ne while including the effects of alpha heating, auxiliary power (NBI + ECH), collisional energy exchange, and radiation losses inside of = 0.9. Predicted profiles and resulting energy confinement are found to produce fusion power and gain that are approximately consistent with mission goals ( MW at Q = 10) for the baseline scenario and exhibit energy confinement that is within 1σ of the H-mode energy confinement scaling. The power of the surrogate modeling technique is demonstrated through the prediction of alternative ITER scenarios with reduced computational cost. These scenarios include conditions with maximized fusion gain and an investigation of potential resonant magnetic perturbation (RMP) effects on performance with a minimal number of gyrokinetic profile iterations required (3–6). These predictions highlight the stiff ITG nature of the core turbulence predicted in the ITER baseline and demonstrate that 17 conditions may be accessible by reducing auxiliary input power while operating in IBS conditions. Prediction of full kinetic profiles allowed for the projection of hydrogen isotope effects around ITER baseline conditions. The gyrokinetic fuel ion species was varied from H, D, and 50/50 D-T and kinetic profiles were predicted. Results indicate that a weak or negligible isotope effect will be observed to arise from core turbulence in IBS conditions. The resulting energy confinement, turbulence, and density peaking, and the implications for ITER operations will be discussed.
燃焼プラズマ性能、輸送、および閉じ込めに対する水素同位体（H、D、D-T燃料混合）の影響は、非線形ジャイロ運動論的プロファイル予測を用いてITERベースラインシナリオ（IBS）条件に対して予測された。サロゲートモデリング（Rodriguez-Fernandez et al 2022 Nucl. Fusion62 076036）によって加速された、CGYROコード（Candy et al 2016 J. Comput. Phys.324 73）を用いた高忠実度の非線形ジャイロ運動論シミュレーションは、アルファ加熱、補助加熱電力（NBI + ECH）、衝突エネルギー交換、および = 0.9 の内部での放射損失の効果を含みながら、Ti、Te、および ne のプロファイルを予測するために使用された。予測されたプロファイルと結果として得られるエネルギー閉じ込めは、ベースラインシナリオについて、ミッション目標（Q = 10 における MW）とほぼ一致する核融合出力と増倍率を生成し、Hモードエネルギー閉じ込めスケーリングの1σ以内のエネルギー閉じ込めを示すことが見出された。サロゲートモデリング手法の威力は、計算コストを削減した代替ITERシナリオの予測を通じて実証される。これらのシナリオには、核融合増倍率を最大化した条件と、必要とされるジャイロ運動論的プロファイル反復の最小回数（3～6回）での性能に対する潜在的な共鳴磁場摂動（RMP）効果の調査が含まれる。これらの予測は、ITERベースラインで予測されるコア乱流のスティッフなITG特性を浮き彫りにし、IBS条件で運転しながら補助入力電力を低減することにより 17 条件が到達可能であり得ることを示す。完全な運動論的プロファイルの予測により、ITERベースライン条件周辺での水素同位体効果の予測が可能になった。ジャイロ運動論的燃料イオン種をH、D、50/50 D-Tと変化させ、運動論的プロファイルを予測した。結果は、IBS条件におけるコア乱流から生じる弱いまたは無視できる同位体効果が観測されることを示している。結果として得られるエネルギー閉じ込め、乱流、密度ピーキング、およびITER運転への含意について議論される。