In this work we present the extensive validation of a refined version of the integrated model based on engineering parameters (IMEP) introduced in reference (Luda et al 2020 Nucl. Fusion60 036023). The modeling workflow is now fully automated, computationally faster thanks to the reduced radial resolution of the TGLF calculation, and it includes the modeling of the toroidal rotation, which was still taken from experimental measurements in our previous work. The updated model maintains the same accuracy as its previous version when tested on the cases presented in the initial publication. The confined plasma, from the magnetic axis to the separatrix, is simulated without using any experimental information from profiles measurements, and the inputs of IMEP are the same engineering parameters used when programming a plasma discharge. The model validation database consists of 50 ASDEX Upgrade (AUG) stationary (over a few energy confinement time) H-mode phases, which largely cover the entire AUG operational domain. The prediction of IMEP is compared with experimental measurements and with scaling laws, such as the IPB98(y,2), the ITPA20-IL, and AUG specific regressions. This modeling framework has proven to be very accurate over the entire set of 50 cases, with a significantly lower mean relative error with respect to each of the scaling laws considered, accurately reproducing the change in pedestal and core confinement caused by a change in plasma current, heating power, fueling rate, triangularity, magnetic field, NBI voltage (i.e. the effect of a change in the core particle source), and heating mix (e.g. correctly predicting the effect on confinement caused by a change in Te/Ti). Plasma confinement is correctly described by IMEP also for two particular operating regimes, such as the ITER baseline scenario, and the QCE regime (quasi continuous exhaust, also referred as type-II and small ELMs). This work clearly demonstrates the power of this approach in pulling out physics mechanisms to interpret subtle interdependencies and that a 1D integrated model can reproduce experimental results over very large parameter variations with a higher accuracy than any statistical regression. This approach has therefore the potential to improve the prediction of the fusion performance in future tokamak reactors.
本稿では、参考文献（Luda et al 2020 Nucl. Fusion 60 036023）で導入された工学的パラメータに基づく統合モデル（IMEP）の改良版について、その広範な検証結果を提示する。本モデリングは現在、完全に自動化されており、TGLF計算の径方向分解能の低減により計算コストが大幅に削減され、さらに前回の研究では実験測定値から取得されていたトロイダル回転のモデリングも含まれている。改良版モデルは、初期の論文で提示されたケースにおいて、前版と同等の精度を維持している。閉じ込めプラズマは、磁気軸からセパラトリックスまで、プロファイル測定からの実験情報を一切用いずにシミュレーションされ、IMEPの入力は、プラズマ放電のプログラミング時に使用されるものと同じ工学的パラメータである。モデル検証データベースは、AUG（ASDEX Upgrade）における50の定常状態（エネルギー閉じ込め時間の数倍にわたる）Hモード相から構成され、AUGの運転領域の大部分を網羅している。IMEPによる予測は、実験測定値ならびにIPB98(y,2)、ITPA20-IL、AUG固有の回帰式などのスケーリング則と比較される。本モデリングフレームワークは、全50ケースにおいて高い精度を示し、各スケーリング則と比較して平均相対誤差が有意に低く、プラズマ電流、加熱パワー、燃料供給率、三角形度、磁場、NBI電圧（すなわちコア粒子源の変化の効果）、および加熱混合（例えばTe/Tiの変化による閉じ込めへの影響の正確な予測）の変化によって生じるペデスタルおよびコア閉じ込めの変化を正確に再現している。IMEPによるプラズマ閉じ込めの記述は、ITERベースラインシナリオやQCE（準連続排気、タイプIIおよび小規模ELMとも呼ばれる）レジームといった2つの特定の運転モードにおいても正確である。本研究成果は、複雑な相互依存関係を解明するための物理メカニズムの抽出における本手法の有効性を明確に示すものであり、1次元統合モデルが、いかなる統計的回帰式よりも高い精度で、非常に広範なパラメータ変動にわたる実験結果を再現できることを実証している。したがって、本手法は将来のトカマク炉における核融合性能予測の向上に寄与する可能性を有している。