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Non-linear MHD modelling of transients in tokamaks: a review of recent advances with the JOREK code

M. Hoelzl, G.T.A. Huijsmans, F.J. Artola, E. Nardon, M. Becoulet, N. Schwarz, A. Cathey, S.J.P. Pamela, K. Aleynikova, F. Antlitz2024年11月Nuclear FusionIF 3出版社

Transient magneto-hydrodynamic (MHD) events like edge localized modes (ELMs) or disruptions are a concern for magnetic confinement fusion power plants. Research with the MHD code JOREK towards understanding control of such instabilities is reviewed here in a concise way to provide a complete overview, while we refer to the original publications for details. Experimental validation for unmitigated vertical displacement events progressed. The mechanism of vertical force mitigation by impurity injection was identified. Two-way eddy current coupling to CARIDDI was completed. Shattered pellet injection was simulated in JET, KSTAR, ASDEX Upgrade (AUG) and ITER. Benign runaway electron beam termination in JET and ITER was studied. Coupling of kinetic REs to the MHD is ongoing and a virtual RE synchrotron radiation diagnostic was developed. Regarding pedestal physics, regimes devoid of large ELMs in AUG were simulated and predictive JT60-SA simulations are ongoing. For ELM suppression by resonant magnetic perturbations (RMPs), AUG, ITER and EAST simulations were performed. A free boundary RMP model was validated against experiments. Evidence for penetrated magnetic islands at the pedestal top based on AUG experiments and simulations was found. Simulations of the naturally ELM-free quiescent H-mode in AUG and HL-3 show external kink mode formation prevents pedestal build-up towards an ELM within windows of the edge safety factor. With kinetic neutral particles, high field side high density formation in ITER was simulated and with kinetic impurities, tungsten transport in AUG RMP plasmas was studied. To capture turbulent transport, electro-static full-f particle in cell models for ion temperature gradient and trapped electron modes were established and benchmarked. Application to RMP plasmas shows enhanced turbulence in comparison to unperturbed states. Energetic particle interactions with MHD were studied. Flux pumping that prevents the safety factor on axis from dropping below unity was simulated. First non-linear stellarator applications include current relaxation in l = 2 stellarators, while verification for advanced stellarators progresses.

日本語訳

過渡的な電磁流体力学(MHD)現象、例えば周辺局在モード(ELM)やディスラプションは、磁気閉じ込め核融合発電所にとって懸念事項である。MHDコードJOREKを用いたそのような不安定性の制御の理解に向けた研究を、完全な概要を提供するために簡潔にここでレビューする。詳細については原著論文を参照されたい。未緩和の垂直変位事象に対する実験的検証が進展した。不純物注入による垂直力緩和のメカニズムが特定された。CARIDDIへの双方向渦電流結合が完了した。破砕ペレット注入がJET、KSTAR、ASDEX Upgrade(AUG)、ITERでシミュレーションされた。JETおよびITERにおける良性の runaway 電子ビーム終端が研究された。運動論的REのMHDへの結合が進行中であり、仮想REシンクロトロン放射診断が開発された。ペデスタル物理に関しては、AUGにおける大規模ELMを欠く領域がシミュレーションされ、予測的JT60-SAシミュレーションが進行中である。共鳴磁気摂動(RMP)によるELM抑制については、AUG、ITER、EASTシミュレーションが実施された。自由境界RMPモデルが実験に対して検証された。AUG実験とシミュレーションに基づく、ペデスタル顶部での浸透磁気島の証拠が見出された。AUGおよびHL-3における自然なELMフリーの静的Hモードのシミュレーションは、外部キンクモードの形成が、エッジ安全係数の窓内でのELMに向かうペデスタル構築を防ぐことを示している。運動論的中性粒子を用いて、ITERにおける高磁場側高密度形成がシミュレーションされ、運動論的不純物を用いて、AUG RMPプラズマにおけるタングステン輸送が研究された。乱流輸送を捉えるために、イオン温度勾配および捕捉電子モードのための静電的全f粒子セルモデルが確立され、ベンチマークされた。RMPプラズマへの適用は、非摂動状態と比較して乱流の増強を示している。高エネルギー粒子とMHDとの相互作用が研究された。軸上の安全係数が1未満に低下するのを防ぐフラックスポンピングがシミュレーションされた。最初の非線形ステラレータ適用には、l=2ステラレータにおける電流緩和が含まれ、先進的ステラレータの検証が進行中である。

装置

asdex-upgrade中精度(概要文一致)east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)kstar中精度(概要文一致)

wiki

Magnetohydrodynamics

AIによる論文要約

トカマクの過渡現象の非線形MHDモデリング:JOREKコードの最近の進展のレビュー
JAこの論文は、核融合プラズマの過渡現象の理解と制御に関心のある研究者や学生にとって有益です。プラズマ物理、MHD、数値シミュレーションなどの専門家だけでなく、核融合炉の設計や運転に携わる技術者にも参考になるでしょう。#核融合#トカマク#MHD#過渡現象#JOREK
LLM向け: {'Title': 'トカマクの過渡現象の非線形MHDモデリング:JOREKコードの最近の進展のレビュー', 'Author(s)': '著者名', 'Rese…

この論文は、磁気閉じ込め核融合発電所にとって懸念される過渡MHD現象(ELMや disruption)の理解と制御に向けた、MHDコードJOREKを用いた研究の進展を概説しています。垂直変位事象の実験検証、不純物注入による垂直力緩和機構の特定、CARIDDI との連成計算、シャッタードペレット注入のシミュレーション、ルナウェー電子ビームの終息、ペデスタル物理、RMP によるELM制御、乱流輸送、高速粒子との相互作用など、幅広い研究成果が紹介されています。

Non-linear MHD modeling of transients in tokamaks: a review of recent advances with the JOREK code
ENThis paper is a comprehensive review for fusion researchers and students interested in understanding and controlling transient MHD events in tokamak plasmas using advanced computational modeling tools.#FusionPlasmaModeling #MagnetohydrodynamicsTransients #EdgeLocalizedModes #DisruptionControl
LLM向け: {'Title': 'Non-linear MHD modeling of transients in tokamaks: a review of recent…

This paper reviews recent progress in using the JOREK code to model non-linear magnetohydrodynamic (MHD) events like edge-localized modes (ELMs) and disruptions in tokamaks, which are critical for fusion power plant operation. It covers simulations of vertical displacement events, impurity injection for mitigation, runaway electron dynamics, pedestal physics, ELM suppression, and turbulence modeling.

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