Fast and reliable discharge modeling is an essential tool for tokamak scenario development, as extensive simulations are required to explore the feasible operational space and translate physical targets into implementable actuator waveforms. In this work, a fast discharge simulator for Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) was developed by coupling the fast integrated tokamak modeling tool METIS with the free-boundary equilibrium code FBT from the MEQ (Matlab EQuilibrium) suite. METIS provides the evolution of the plasma profiles by self-consistently solving heat and particle transport with source profiles. The generated outputs are then used directly in FBT to computes the poloidal field (PF) coils currents needed in order to obtain a given plasma shape. The coupling strategy is based either on matching the free functions ( and ) on the right-hand side of the Grad–Shafranov equation, or on matching global quantities such as the plasma current and stored energy . Both approaches are effective in ensuring consistency of the pressure and current-density profiles between the two codes. The last closed flux surface (LCFS) curve computed by FBT is fed back into METIS to update the LCFS, and METIS is then run again. The METIS–FBT iteration is repeated until convergence is reached. The results obtained with the equilibrium code FBT are first benchmarked against experimental data and reconstruction results available on EAST. The coupled METIS-FBT workflow is then assessed through a post-shot simulation of an radio-frequency heated EAST discharge, showing its ability to reproduce the main plasma evolution and generate inverse free-boundary PF-coil current trajectories consistent with experimental references. Its predictive scenario-design capability is further demonstrated through the design of a synthetic discharge scenario.
高速で信頼性の高い放電モデリングは、トカマクシナリオ開発に不可欠なツールである。なぜなら、実現可能な運転領域を探索し、物理目標を実装可能なアクチュエータ波形に変換するために、広範なシミュレーションが必要だからである。この研究では、高速統合トカマクモデリングツールMETISと、MEQ (Matlab EQuilibrium) スイートの自由境界平衡コードFBTを結合することにより、Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) 用の高速放電シミュレータを開発した。METISは、ソース分布を用いて熱・粒子輸送を自己無撞着に解くことにより、プラズマ分布の時間発展を提供する。生成された出力は、その後FBTで直接使用され、所定のプラズマ形状を得るために必要なポロイダル磁場 (PF) コイル電流を計算する。結合戦略は、Grad–Shafranov方程式の右辺の自由関数 ( と ) を一致させるか、またはプラズマ電流 と蓄積エネルギー のような大域量を一致させることに基づく。どちらのアプローチも、2つのコード間での圧力分布と電流密度分布の整合性を確保するのに有効である。FBTによって計算された最終閉磁気面 (LCFS) 曲線は、LCFSを更新するためにMETISにフィードバックされ、その後METISが再度実行される。METIS–FBTの反復は、収束に達するまで繰り返される。平衡コードFBTで得られた結果は、まずEASTで利用可能な実験データおよび再構成結果とベンチマークされる。次に、結合されたMETIS-FBTワークフローは、高周波加熱されたEAST放電のポストショットシミュレーションを通じて評価され、主要なプラズマ時間発展を再現し、実験参照と整合する逆自由境界PFコイル電流軌道を生成する能力を示す。その予測的シナリオ設計能力は、合成放電シナリオの設計を通じてさらに実証される。