Understanding the formation of start-up runaway electrons (REs) is essential to ensure successful plasma initiation in ITER. The design of ITER start-up scenarios requires not only predictive simulations but also a validation of assumptions. The objective of this study is to strengthen the physical background required for predictive simulations aimed at ITER plasma start-up design, by validating the model assumptions. Through kinetic simulations, this study examines the validity of steady-state models for Dreicer generation under slowly-varying time scales relevant to plasma start-up and investigates the finite energy effect, commonly neglected, on the runaway avalanche growth rate. The research findings provide insights into situations where kinetic simulations are necessary. To secure a margin-of-control scheme without kinetic simulation, we suggest a strategy of scanning the Coulomb logarithm in fluid simulations as an alternative to predict runaway current takeover and avoid RE dominant scenarios. Ultimately, this paper seeks to offer a robust physical background, practically supporting the successful design of ITER start-up scenarios.
ITERにおけるプラズマ開始の成功を確保するためには、スタートアップ時のrunaway電子(RE)の形成を理解することが不可欠である。ITERのスタートアップシナリオの設計には、予測シミュレーションだけでなく、仮定の検証も必要である。本研究の目的は、モデルの仮定を検証することにより、ITERのプラズマ立ち上げ設計を目的とした予測シミュレーションに必要な物理的背景を強化することである。運動論的シミュレーションを通じて、本研究は、プラズマ立ち上げに関連するゆっくり変化する時間スケールの下でのDreicer生成の定常状態モデルの妥当性を調べ、一般に無視される有限エネルギー効果がrunawayなだれ成長率に及ぼす影響を調査する。研究成果は、運動論的シミュレーションが必要となる状況に対する洞察を提供する。運動論的シミュレーションなしで制御マージンスキームを確保するために、我々は、runaway電流への支配移行を予測し、REが支配的なシナリオを回避するための代替手段として、流体シミュレーションにおいてクーロン対数を走査する戦略を提案する。最終的に、本論文は、ITERのスタートアップシナリオの成功裏の設計を実践的に支援する、ロバストな物理的背景を提供することを目指す。