Inter-code comparison benchmark between DINA and TSC for ITER disruption modelling

ITERのディスラプションのモデリングのためのDINAとTSCとのベンチマーク

宮本 斉児*; 諫山 明彦; Bandyopadhyay, I.*; Jardin, S. C.*; Khayrutdinov, R. R.*; Lukash, V.*; 草間 義紀; 杉原 正芳*

Miyamoto, Seiji*; Isayama, Akihiko; Bandyopadhyay, I.*; Jardin, S. C.*; Khayrutdinov, R. R.*; Lukash, V.*; Kusama, Yoshinori; Sugihara, Masayoshi*

DINAとTSCはトカマク平衡に関する2次元コードであり、ITERのディスラプションのモデリングにも用いられている。今回、そのモデリングの妥当性を検証するために、ベンチマークシナリオを用いたコード間の比較を行った。DINAとTSCで用いられているシミュレーションモデルは、抵抗性拡散の時間スケールで等価であるはずであるが、コード間の違いをベンチマークで考慮することが困難であったため、これまで、互いに同じ結果が得られるかどうかは確かめられていなかった。本論文では、コード間の違いを考慮して比較を行えば、高い精度でシミュレーション結果が一致することを示した。このことは、DINAやTSCによる計算結果が正しいことの裏付けになるが、ハロー電流および第一壁中の電流経路が関わってくるときには、単純に結論することはできない。DINAでは磁気面平均された電流拡散方程式が解かれているため、近似的にしか壁の中を流れる電流を扱うことができない。一方、TSCはそのような制限なしにより現実的にハロー電流を取り扱うことができる。TSCコードとの比較により、DINAのハロー電流モデルを検証した。また、各コードの特性を明らかにし、ITERでのディスラプション予測に及ぼす影響を議論した。

Two well-established simulation codes, DINA and TSC, are compared with each other using benchmark scenarios in order to validate the ITER 2D disruption modelling by those codes. Although the simulation models employed in those two codes ought to be equivalent in the resistive time scale, it has long been unanswered whether the one of the two codes is really able to reproduce the other result correctly, since a large number of code-wise differences render the comparison task exceedingly complicated. In this paper, it is demonstrated that after simulations are set up accounting for the model differences, in general, a good agreement is attained on a notable level, corroborating the correctness of the code results. When the halo current generation and its poloidal path in the first wall are included, however, the situation is more complicated. Because of the surface averaged treatment of the magnetic field (current density) diffusion equation, DINA can only approximately handle the poloidal electric currents in the first wall that cross field lines. Validation is carried out for DINA simulations of halo current generation by comparing with TSC simulations, where the treatment of halo current dynamics is more justifiable. The particularity of each code is depicted and the consequence in ITER disruption prediction is discussed.