Simultaneous control of two proximate magnetic field nulls in the divertor region is demonstrated on DIII–D to enable plasma operations in an advanced magnetic configuration known as the snowflake divertor (SFD). The SFD is characterized by a second-order poloidal field null, created by merging two first-order nulls of the standard divertor configuration. The snowflake configuration has many magnetic properties, such as high poloidal flux expansion, large plasma-wetted area, and additional strike points, that are advantageous for divertor heat flux management in future fusion reactors. However, the magnetic configuration of the SFD is highly-sensitive to changes in currents within the plasma and external coils and therefore requires complex magnetic control. The first real-time snowflake detection and control system on DIII–D has been implemented in order to stabilize the configuration. The control algorithm calculates the position of the two nulls in real-time by locally-expanding the Grad–Shafranov equation in the divertor region. A linear relation between variations in the poloidal field coil currents and changes in the null locations is then analytically derived. This formulation allows for simultaneous control of multiple coils to achieve a desired SFD configuration. It is shown that the control enabled various snowflake configurations on DIII–D in scenarios such as the double-null advanced tokamak. The SFD resulted in a 2.5× reduction in the peak heat flux for many energy confinement times (2–3 s) without any adverse effects on core plasma performance.
ダイバータ領域における二つの近接した磁場零点の同時制御が、スノーフレーク・ダイバータ（SFD）として知られる先進磁気配位でのプラズマ運転を可能にするために、DIII–Dで実証された。SFDは、標準ダイバータ配位の二つの一次零点を融合させることによって生成される二次のポロイダル磁場零点によって特徴づけられる。スノーフレーク配位は、高いポロイダル磁束拡大、大きなプラズマ濡れ面積、追加のストライク点など、将来の核融合炉におけるダイバータ熱流束管理に有利な多くの磁気特性を有する。しかしながら、SFDの磁気配位は、プラズマおよび外部コイル内の電流の変化に対して非常に敏感であり、そのため複雑な磁気制御を必要とする。配位を安定化するために、DIII–Dにおける最初のリアルタイム・スノーフレーク検出・制御システムが実装された。制御アルゴリズムは、ダイバータ領域でGrad–Shafranov方程式を局所的に展開することにより、二つの零点の位置をリアルタイムで計算する。次に、ポロイダル磁場コイル電流の変動と零点位置の変化との間の線形関係が解析的に導出される。この定式化により、所望のSFD配位を達成するための複数コイルの同時制御が可能になる。この制御により、ダブルヌル先進トカマクなどのシナリオにおいて、DIII–Dで様々なスノーフレーク配位が可能になることが示された。SFDは、コアプラズマ性能に悪影響を与えることなく、多くのエネルギー閉じ込め時間（2–3 s）にわたってピーク熱流束を2.5×低減した。