The capabilities of the DIII-D tokamak's plasma control system (PCS) were expanded to allow for pedestal optimization and edge localized mode (ELM) control. Three proof of principle control schemes are presented that were successfully implemented and tested. These use multiple inputs from real-time (RT) diagnostics like a based ELM monitor and edge profile measurements from Thomson scattering (TS) as well as 3D, i.e. non-axisymmetric, magnetic fields and gas puffs as actuators to regulate the density pedestal.The first scheme targets to optimize the access of ELM suppression induced by non-axisymmetric magnetic perturbations (MPs). The conducted set of experiments identifies a path dependence of plasma confinement on the applied MP amplitude. The controller aims to transition into ELM suppression at the minimum 3D field amplitude and reduces it further afterwards, allowing for partial confinement recovery. Another pedestal control scheme is deployed to compensate the density 'pump-out' in MP ELM suppression by regulating the gas puff. This uses RT TS diagnostic data, extracting the pedestal height from the electron density () profiles and enables studies of the transition into and out of MP ELM suppression at constant density. A limit cycle behavior of edge rotation and MP amplitude persists under these conditions. The third control scheme combines MPs and gas puffs as actuators to perform pedestal density trajectory control to access Super high confinement mode (H-mode) and furthermore, allowing the integration of a radiative divertor in this regime. While MPs mainly impact the pedestal top density, the control scheme allows to loosen the tight coupling of pedestal top and separatrix density evolution.With respect to ITER, the achieved results emphasize the need for an advanced control system to keep MP amplitude close to but above the ELM suppression threshold at all times, enabling high confinement and, respectively, at high fusion energy gain factor (Q). Furthermore, pedestal control enables detailed physics studies in present-day tokamaks and allows the exploration of core-edge integrated plasma scenarios.
DIII-Dトカマクのプラズマ制御システム(PCS)の能力は、ペデスタル最適化と周辺局在モード(ELM)制御を可能にするために拡張された。実証済みの原理実証制御スキームが3つ提示され、それらは正常に実装および試験された。これらは、a ベースのELMモニターやトムソン散乱(TS)によるエッジプロファイル計測などのリアルタイム(RT)診断からの複数の入力と、3D、すなわち非軸対称磁場およびガスパフをアクチュエータとして使用し、密度ペデスタルを調整する。 最初のスキームは、非軸対称磁場摂動(MP)によって誘起されるELM抑制への到達を最適化することを目的とする。実施された一連の実験は、印加されたMP振幅に対するプラズマ閉じ込めの経路依存性を特定する。コントローラは、最小の3D磁場振幅でELM抑制へ遷移することを目指し、その後さらに振幅を低減して、部分的な閉じ込め回復を可能にする。 別のペデスタル制御スキームは、ガスパフを調整することにより、MP ELM抑制における密度の「ポンプアウト」を補償するために展開される。これはRT TS診断データを使用し、電子密度()プロファイルからペデスタル高さを抽出して、一定密度でのMP ELM抑制への遷移およびMP ELM抑制からの遷移の研究を可能にする。これらの条件下では、エッジ回転とMP振幅のリミットサイクル挙動が持続する。 第3の制御スキームは、MPとガスパフをアクチュエータとして組み合わせ、Super高閉じ込めモード(Hモード)へ到達するためのペデスタル密度軌道制御を実行し、さらにこの領域での放射ダイバータの統合を可能にする。MPは主にペデスタル上部密度に影響を与える一方、この制御スキームはペデスタル上部とセパラトリックス密度の時間発展の強い結合を緩めることを可能にする。 ITERに関して、達成された結果は、MP振幅を常時ELM抑制閾値に近くかつ上回る状態に維持し、高い閉じ込めを可能にし、それぞれ高い核融合エネルギー増倍率(Q)での動作を可能にする高度な制御システムの必要性を強調する。さらに、ペデスタル制御は、現在のトカマクにおける詳細な物理研究を可能にし、コア-エッジ統合プラズマシナリオの探求を可能にする。