We have observed a stationary high confinement regime with a double transport barrier (DTB), including both internal and edge transport barriers (ITB and ETB) but without edge-localized modes (ELMs), in KSTAR. The ELM-free DTB phase has high thermal confinement comparable to typical H-mode operation in KSTAR. We investigated the characteristics of the DTB phase through various analyses. Transport analysis shows a reduction of ion heat diffusivity to near neoclassical level after the transition from the ELMy H-mode phase to the DTB phase. This result supports the formation of an ion ITB during the DTB phase. Furthermore, we observed that the DTB phase had an edge thermal transport barrier in the ion temperature profile, comparable to that of the H-mode, without a particle transport barrier at the edge. Peeling-ballooning stability analysis indicates that a lower pressure gradient due to density decrease in the DTB phase is mainly responsible for the ELM-free operation. Linear gyrokinetic analysis shows that the real frequency of the most unstable mode in the core region ( = 0.32–0.47) is in the ion diamagnetic direction at both H-mode and DTB phases. At the DTB phase, the linear growth rate inside the ITB is reduced by 50% compared to the ITB foot, while the reduction is not shown at the H-mode phase. Further investigation including nonlinear effects will be needed to better understand the unique operation mode, which can contribute to applying the physical mechanism to fusion reactors in the future.
我々はKSTARにおいて、内部輸送障壁（ITB）と周辺輸送障壁（ETB）の両方を含むが、周辺局在モード（ELM）を伴わない、二重輸送障壁（DTB）を有する定常高閉じ込め状態を観測した。ELMフリーDTB位相は、KSTARにおける典型的なHモード運転に匹敵する高い熱閉じ込めを有する。我々は様々な解析を通じてDTB位相の特性を調査した。輸送解析は、ELMy Hモード位相からDTB位相への遷移後、イオン熱拡散率が新古典論的レベル近くまで減少することを示す。この結果は、DTB位相中のイオンITBの形成を支持する。さらに、DTB位相が、周辺での粒子輸送障壁を伴わずに、Hモードのそれに匹敵するイオン温度分布における周辺熱輸送障壁を有することを観測した。ピーリング・バルーニング安定性解析は、DTB位相における密度減少によるより低い圧力勾配が、ELMフリー運転の主な原因であることを示す。線形ジャイロ運動論的解析は、コア領域（= 0.32–0.47）における最も不安定なモードの実周波数が、Hモード位相とDTB位相の両方でイオン反磁性方向にあることを示す。DTB位相では、ITB内部の線形成長率はITBフットと比較して50%減少するが、Hモード位相ではその減少は示されない。非線形効果を含むさらなる調査が、この独自の運転モードをよりよく理解するために必要であり、それは将来の核融合炉への物理メカニズムの適用に貢献し得る。