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The updated ITPA global H-mode confinement database: description and analysis

G. Verdoolaege, S.M. Kaye, C. Angioni, O.J.W.F. Kardaun, M. Maslov, M. Romanelli, F. Ryter, K. Thomsen, the ASDEX Upgrade Team, the EUROfusion MST1 Team2021年被引用 25Nuclear FusionIF 3出版社

The multi-machine International Tokamak Physics Activity (ITPA) Global H-mode Confinement Database has been upgraded with new data from JET with the ITER-like wall and ASDEX Upgrade with the full tungsten wall. This paper describes the new database and presents results of regression analysis to estimate the global energy confinement scaling in H-mode plasmas using a standard power law. Various subsets of the database are considered, focusing on type of wall and divertor materials, confinement regime (all H-modes, ELMy H or ELM-free) and ITER-like constraints. Apart from ordinary least squares (OLS), two other, robust regression techniques are applied, which take into account uncertainty on all variables. Regression on data from individual devices shows that, generally, the confinement dependence on density and the power degradation are weakest in the fully metallic devices. Using the multi-machine scalings, predictions are made of the confinement time in a standard ELMy H-mode scenario in ITER. The uncertainty on the scaling parameters is discussed with a view to practically useful error bars on the parameters and predictions. One of the derived scalings for ELMy H-modes on an ITER-like subset is studied in particular and compared to the IPB98(y, 2) confinement scaling in engineering and dimensionless form. Transformation of this new scaling from engineering variables to dimensionless quantities is shown to result in large error bars on the dimensionless scaling. Regression analysis in the space of dimensionless variables is therefore proposed as an alternative, yielding acceptable estimates for the dimensionless scaling. The new scaling, which is dimensionally correct within the uncertainties, suggests that some dependencies of confinement in the multi-machine database can be reconciled with parameter scans in individual devices. This includes vanishingly small dependence of confinement on line-averaged density and normalized plasma pressure (β), as well as a noticeable, positive dependence on effective atomic mass and plasma triangularity. Extrapolation of this scaling to ITER yields a somewhat lower confinement time compared to the IPB98(y, 2) prediction, possibly related to the considerably weaker dependence on major radius in the new scaling (slightly above linear). Further studies are needed to compare more flexible regression models with the power law used here. In addition, data from more devices concerning possible 'hidden variables' could help to determine their influence on confinement, while adding data in sparsely populated areas of the parameter space may contribute to further disentangling some of the global confinement dependencies in tokamak plasmas.

日本語訳

多機種トカマク国際活動(ITPA)のグローバルHモード閉じ込めデータベースは、ITERライク壁を備えたJETおよび全面タングステン壁を備えたASDEX Upgradeからの新規データで更新された。本論文では、この更新されたデータベースについて説明し、標準的なべき乗則を用いたHモードプラズマにおける全球エネルギー閉じ込めの回帰分析の結果を示す。データベースの様々なサブセットが検討されており、壁およびダイバータ材料の種類、閉じ込めレジーム(全Hモード、ELMy Hモード、ELMフリー)、およびITERライクな制約条件に焦点が当てられている。通常最小二乗法(OLS)に加えて、全変数の不確実性を考慮した2つのロバストな回帰手法が適用されている。個々の装置からのデータに対する回帰分析により、一般に、密度に対する閉じ込めの依存性とパワー劣化は、完全金属壁装置において最も弱いことが示された。多機種スケーリングを用いて、ITERにおける標準的なELMy Hモードシナリオでの閉じ込め時間の予測が行われた。スケーリングパラメータの不確実性は、パラメータおよび予測に対する実用的に有用な誤差範囲を提供することを目的として議論されている。特に、ITERライクなサブセットに対するELMy Hモードのスケーリング則の1つが詳細に検討され、工学的変数および無次元形式の両方でIPB98(y,2)スケーリングと比較された。この新しいスケーリングを工学的変数から無次元量へ変換すると、無次元スケーリングに大きな誤差範囲が生じることが示された。したがって、無次元変数空間での回帰分析が代替手法として提案され、無次元スケーリングに対して許容可能な推定値が得られた。この新しいスケーリングは、不確実性の範囲内で次元的に整合的であり、多機種データベースにおける閉じ込めのいくつかの依存性が、個々の装置におけるパラメータスキャンと整合的であることを示唆している。これには、線平均密度および規格化圧力(β)に対する閉じ込めの依存性がほぼ消失すること、ならびに実効質量およびプラズマ三角形度に対する正の依存性が顕著であることが含まれる。このスケーリングのITERへの外挿は、IPB98(y,2)予測と比較してやや低い閉じ込め時間を与えるが、これはおそらく、新しいスケーリングにおける主半径に対する依存性が弱いこと(線形をわずかに上回る)に関連している。ここで用いたべき乗則モデルよりも柔軟な回帰モデルとの比較が、さらなる研究として必要である。さらに、潜在的な「隠れた変数」の影響を判断するために、より多くの装置からのデータが役立つ可能性があり、パラメータ空間のデータが疎な領域へのデータ追加は、トカマクプラズマにおける全球閉じ込め依存性のさらなる分離に寄与する可能性がある。

装置

asdex-upgrade中精度(概要文一致)iter中精度(概要文一致)jet中精度(概要文一致)

wiki

H-mode
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