This paper presents the penetration of n = 2 magnetic field perturbations, where n is the toroidal mode number. The n = 2 intrinsic error field (IEF) is measured in an ohmic heating plasma using the compass scan method, i.e. the toroidal asymmetry in the threshold current for the penetration of n = 2 resonant magnetic perturbations (RMPs). Its amplitude is 55.5 A in equivalent coil current or Br,3/2 = 0.1 G and the toroidal phase of the IEF is around 170.6° (129°). Phasing scans (scans of the phase difference between the upper and lower coil currents) of the n = 2 RMPs are carried out to obtain the effects of the n = 2 spectrum on field penetration. The observed dependence of the field penetration on the spectrum is consistent with those of simulations using the MARS-F code. One of the interesting phenomena is that the n = 2 mode often stimulates an n = 1 mode. The dominant poloidal harmonic of the n = 1 mode is m = 2, and the dominant poloidal harmonic of the n = 2 mode is m = 3. The evolution of the n = 1 mode has two stages, i.e., an initial small island growth stage, and a later saturation stage. In the initial stage, the amplitude of the n = 1 magnetic island grows, while the phase remains fixed. When the amplitude of the magnetic island exceeds a certain threshold, it enters the second stage, in which the magnetic island is locked into another phase and its amplitude starts to saturate. The phase in the initial small island stage depends linearly on the phase of the applied n = 2 RMP, which suggests that the n = 2 mode is directly driven by the coupling between the n = 1 and n = 2 modes. The phase in the second stage is either locked to the phase close to the previously measured n = 1 IEF, or is locked to the phase close to the n = 2 response field. This suggests that the final phase of the n = 1 mode depends on competition between the locking effect induced by the n = 1 IEF and the nonlinear coupling effect between the two modes. This might be an issue in the MHD control application using high-n RMPs in the future ITER device.
本論文は、トロイダルモード数 n の n = 2 磁場摂動の浸透を提示する。n = 2 固有誤差磁場 (IEF) は、オーミック加熱プラズマにおいてコンパススキャン法、すなわち n = 2 共鳴磁場摂動 (RMP) の浸透に対する閾値電流のトロイダル非対称性を用いて測定される。その振幅は等価コイル電流で 55.5 A、または Br,3/2 = 0.1 G であり、IEF のトロイダル位相は約 170.6° (129°) である。n = 2 RMP の位相スキャン（上部と下部のコイル電流間の位相差のスキャン）を実施し、n = 2 スペクトルが磁場浸透に及ぼす影響を調べた。スペクトルに対する磁場浸透の観測された依存性は、MARS-F コードを用いたシミュレーションの結果と一致する。興味深い現象の一つは、n = 2 モードがしばしば n = 1 モードを励起することである。n = 1 モードの支配的なポロイダル高調波は m = 2 であり、n = 2 モードの支配的なポロイダル高調波は m = 3 である。n = 1 モードの時間発展には2つの段階、すなわち初期の小さな島の成長段階と、その後の飽和段階がある。初期段階では、n = 1 磁気島の振幅は成長するが、位相は固定されたままである。磁気島の振幅が特定の閾値を超えると、第2段階に入り、磁気島は別の位相にロックされ、その振幅は飽和し始める。初期の小さな島の段階での位相は、印加された n = 2 RMP の位相に線形に依存する。これは、n = 2 モードが n = 1 モードと n = 2 モードの間の結合によって直接駆動されることを示唆している。第2段階での位相は、以前に測定された n = 1 IEF に近い位相にロックされるか、または n = 2 応答磁場に近い位相にロックされる。これは、n = 1 モードの最終位相が、n = 1 IEF によって誘起されるロック効果と、2つのモード間の非線形結合効果との間の競合に依存することを示唆している。これは、将来の ITER 装置における高 n RMP を用いた MHD 制御応用において問題となる可能性がある。