In H-mode tokamak plasmas, the achievable pressure-gradient is limited by type-I Edge Localized Modes (ELMs), which are projected to cause severe damage to future fusion devices. There are several approaches aiming to mitigate/suppress the occurrence of ELMs, such as the application of an external non-axisymmetric magnetic perturbation field, which breaks the axisymmetry of the tokamak plasma. In this work we use the CASTOR3D code to investigate helical localization and mode locking of edge-localized ideal MHD instabilities in rotating and flow-free magnetically perturbed tokamak plasmas with periodicity. Helically localized instabilities are separated into two classes: quasi-locked and strictly locked. In a non-rotating plasma, the localization of quasi-locked modes is determined by an envelope while their precise location under the envelope is arbitrary, whereas strictly locked modes can only occur at a single helical position. Strictly locked modes only rotate if the toroidal plasma rotation exceeds a critical threshold; above the threshold the forced rotation of the strictly locked modes is non-uniform. For quasi-locked modes, no such critical threshold exists; they rotate uniformly beneath their envelope in the case of finite plasma rotation. The helical localization of both quasi-locked and strictly locked instabilities is determined by the energetic decomposition of the instabilities close to the most unstable flux-surface; for example, strongly current-density driven instabilities are aligned with regions of augmented parallel equilibrium current-density. Finally, we compare the computationally determined localization of MHD instabilities to experimental observations. The determined MHD instability is located at the same position as the experimentally measured modes with respect to the equilibrium corrugation, verifying that ideal MHD can describe the experimentally observed instabilities.
Hモードトカマクプラズマでは、達成可能な圧力勾配はタイプIエッジ局在モード（ELMs）によって制限され、それらは将来の核融合装置に深刻な損傷を引き起こすと予測されている。ELMの発生を緩和または抑制することを目的としたいくつかのアプローチがあり、例えば、トカマクプラズマの軸対称性を破る外部非軸対称磁場摂動場の印加がある。本研究では、CASTOR3Dコードを用いて、回転する、および流れのない、周期性を有する磁場摂動トカマクプラズマにおけるエッジ局在理想MHD不安定性のヘリカル局在とモードロッキングを調査する。ヘリカル局在不安定性は、準ロックと厳密ロックの2つのクラスに分類される。非回転プラズマでは、準ロックモードの局在は包絡線によって決定され、包絡線の下でのそれらの正確な位置は任意である。一方、厳密ロックモードは単一のヘリカル位置でのみ発生し得る。厳密ロックモードは、トロイダルプラズマ回転が臨界閾値を超えた場合にのみ回転し、閾値を超えると、厳密ロックモードの強制回転は非一様である。準ロックモードにはそのような臨界閾値は存在せず、有限のプラズマ回転の場合には、包絡線の下で一様に回転する。準ロックおよび厳密ロックの両方の不安定性のヘリカル局在は、最も不安定な磁束面の近くでの不安定性のエネルギー的分解によって決定される。例えば、強く電流密度駆動される不安定性は、増大した平行平衡電流域の領域と整列する。最後に、MHD不安定性の計算的に決定された局在を実験観測と比較する。決定されたMHD不安定性は、平衡の起伏に関して実験的に測定されたモードと同じ位置にあり、理想MHDが実験的に観測された不安定性を記述できることを検証している。