Modelování hustoty plazmatu se zaměřením na řízení

Abstract

Hustota plazmatu je klíčovým parametrem při provozu tokamaku a vyžaduje robustní zpětnovazební řízení. Ačkoli je k dispozici několik diagnostik v reálném čase (RT), často jsou náchylné k poruchám a poskytují omezené prostorové a časové rozlišení. Odezva hustoty plazmatu na vstřikování paliva je silně nelineární, což činí řízení v reálném čase obzvláště náročným. RAPDENS, kód orientovaný na řízení, pomáhá tyto výzvy řešit tím, že slouží jako rychlý simulátor pro návrh regulátorů a při kombinaci s RT diagnostikami funguje jako stavový pozorovatel poskytující profil hustoty. Tato práce vylepšuje RAPDENS zavedením nenulové okrajové podmínky pro hustotu na separatrix a začleněním heuristického modelu oblasti SOL. Implementace je ověřena na existujících výbojích zařízení ASDEX Upgrade a je plánována implementace nové verze RAPDENS v RT. Implementace pro ITER je založena na výsledcích simulací JINTRAC a je s nimi porovnávána, přičemž se dochází k závěru, že vylepšená verze RAPDENS může být použita pro návrh regulátorů pro ITER.

Plasma density is a key parameter in tokamak operation, requiring robust feedback control. While several real-time (RT) diagnostics are available, they are often prone to failures and offer limited spatial and temporal resolution. Moreover, the plasma density response to fuel injection is highly nonlinear, making RT control particularly challenging. RAPDENS, a control-oriented code, helps address these challenges by serving as a fast simulator for controller design and, when combined with RT diagnostics, acting as a state observer providing the density profile. This work enhances RAPDENS by introducing a non-zero boundary condition for separatrix density and incorporating a heuristic scrape-off layer model. The implementation is validated on existing ASDEX Upgrade discharges, with RT implementation of the new RAPDENS state observer planned. Second, the implementation for ITER is based on and compared against results of high-fidelity JINTRAC simulations, concluding that the improved version of RAPDENS can be used for ITER controller synthesis.